Многие полагают, что во Вселенной нет мест горячее звёзд. Люди также научились создавать установки с высокими температурами, и они обычно имеют весьма большие размеры. Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), вес которого примерно равен весу трёх Эйфелевых башен, способен поддерживать температуру плазмы в 150 млн градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры ядра Солнца. Большой Адронный Коллайдер окружностью 27 км умеет создавать миниатюрные огненные шары с температурой 5,5 трлн градусов Цельсия, пусть и на одну триллионную долю секунды.
Опубликованное в журнале Physical Review Letters исследование показывает, что создающие такие температуры машины могут быть и микроскопически маленькими. Группа учёных разработала тепловую машину всего из одной частицы. С её помощью была предпринята попытка лучше понять внутренние механизмы термодинамики и происходящие в нашем организме биологические процессы. Группа учёных под руководством аспирантки Королевского колледжа Лондона Молли Мессадж (Molly Message) использовала частицу кремния диаметром всего 4,82 мкм (5% от толщины человеческого волоса).
Эта частица кремния парила при низком давлении с помощью системы электрических полей, известной как ловушка Пола. Исследователи увеличили нагрев, подав напряжение на один из электродов ловушки. С помощью этой установки исследователи смогли поднять температуру до 10 млн Кельвинов, что намного выше, чем на поверхности Солнца, и на пару миллионов Кельвинов выше температуры в ядре звезды.
Этот эксперимент стал первым, в рамках которого были достигнуты сопоставимые с солнечными температуры в столь малых масштабах. Он показал неожиданные данные о том, как действуют законы термодинамики в микромасштабах. Например, во время работы двигателя система иногда охлаждалась, а не нагревалась под воздействием более высоких температур, в основном из-за типичного «случайного воздействия тепловых флуктуаций окружающей среды», влияющего на термодинамику в микромасштабах.
Авторы работы говорят, что детальное понимание термодинамики может помочь как создавать более совершенные двигатели, так и исследовать биологические функции. Например, сворачивание белков, за что в 2024 году дали Нобелевскую премию по химии.