في غرفة فائقة البرودة، تتصادم سحابتان من الذرات: بضع عشرات من ذرات السيزيوم التي تلعب دور وسط العمل، وآلاف ذرات الروبيديوم التي تمثل خزان الحرارة. كل تصادم هو تبادل حراري مجهري يمكن تشبيهه بضبط آلة موسيقية: درجة حرارة الخزان تحدد الإيقاع الذي تتبادل به الذرات الطاقة. وهذا الإيقاع، وليس فقط المجالات المغناطيسية، هو الذي يحدد مدى سرعة إتمام المحرك الكمومي لدورته.
في التجربة، يحدث التبادل الحراري عبر تصادمات غير مرنة تنقل ذرات السيزيوم بين سبعة مستويات طاقة يحددها المجال المغناطيسي. أثناء التسخين، تكتسب الذرات طاقة، وأثناء التبريد تفقدها. وتعتمد سرعة هذه العمليات على سرعة ذرات الروبيديوم، أي على درجة حرارتها الحركية. برفع درجة حرارة الخزان من 679 إلى 1140 نانوكلفن، غيّر الفيزيائيون قانون التبادل الحراري: تباطأ التسخين وتسارع التبريد. وقد سمح ذلك بتقصير زمن الدورة الكلي دون تغيير المجالات المغناطيسية.
النتيجة الرئيسية هي وجود قيمة مثلى عند 1410 نانوكلفن، حيث بلغت القدرة ذروتها عند 28.0 نانوكلفن/مللي ثانية (بوحدات ثابت بولتزمان)، بينما بقيت الكفاءة مساوية لـ 0.489. كان يُعتقد سابقًا أنه لتسريع المحرك يجب تغيير النظام نفسه، لكن هنا كان يكفي "ضبط" الخزان. وقد أعادت المحاكاة المبنية على مقاطع التصادم الحقيقية إنتاج التجربة بدقة، وأظهرت أن النماذج المبسطة ذات معدل استرخاء واحد تبالغ في تقدير القدرة بمقدار مرة ونصف إلى مرتين.
يكشف هذا الاكتشاف عن صلة بين فيزياء التصادمات الذرية والديناميكا الحرارية للزمن المحدود. فقد تبين أن التحكم في الارتباط بالخزان أكثر فعالية من التحكم في النظام نفسه، ويفتح الطريق أمام تصميم آلات حرارية نانوية الحجم حيث يصبح طيف أزمنة الاسترخاء موردًا قيمًا. يستمر ضبط الآلة: أمامنا خزانات ذات ذاكرة وتحسين بروتوكولات التحكم.
عند درجة حرارة 1410 نانوكلفن، المثلى للقدرة، تتحرك سحابة الروبيديوم الحرارية بسرعة متوسطة حوالي 2 ملليمتر في الثانية — أبطأ ألف مرة من ذبابة الغرفة.
في رواية ستانيسلاف ليم "اللا مُقهَر"، تستخدم آلات مجهرية البيئة المحيطة للتكاثر الذاتي، لكنها تواجه مشكلة تبديد الحرارة. التحكم في التبادل الحراري عبر تصادمات مجهرية، كما في هذا العمل، هو خطوة نحو حل مثل هذه المشكلات على المستوى النانوي.