量子熱力学：BEC–BCSクロスオーバーにおける量子機関

熱機関は、古典領域と量子領域の両方において、熱エネルギーを機械的な仕事に変換する。しかし量子論は、熱とは異なる真の非古典的なエネルギー形態を与え、これは、これまで循環機関では利用されていなかった。今回我々は、極低温粒子のフェルミオンアンサンブルとボソンアンサンブルの間の、パウリの排他原理に由来するエネルギー差によって駆動される量子多体機関を実験的に実現した。磁気フェッシュバッハ共鳴の近傍で、調和型トラップに閉じ込められた⁶Li原子の超流動気体を用いることで、磁場を通したボース分子のボース・アインシュタイン凝縮体とユニタリー・フェルミ気体の間でのこの超流動気体の調整により、量子統計をボース・アインシュタイン統計からフェルミ・ディラック統計に（またはその逆に）効果的に変化させることが可能になった。このようなパウリ機関の量子的性質は、古典的な熱領域の機関や、純粋に相互作用駆動される装置と対比させることで明らかになった。我々は、1サイクル当たり数10⁶個の振動量子の仕事出力を得ており、その効率は最大25％であった。今回の知見は、量子統計が仕事を生成するための有用な熱力学的資源であることを立証している。

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