В ультрахолодной камере сталкиваются два облака атомов: несколько десятков атомов цезия, играющих роль рабочего тела, и тысячи атомов рубидия — резервуара тепла. Каждое столкновение — микроскопический теплообмен, который можно сравнить с настройкой музыкального инструмента: температура резервуара задаёт темп, с которым атомы обмениваются энергией. Именно этот темп, а не только магнитные поля, определяет, насколько быстро квантовый двигатель совершает свой цикл.

В эксперименте теплообмен происходит через неупругие столкновения, которые переводят атомы цезия между семью энергетическими уровнями, заданными магнитным полем. При нагреве атомы получают энергию, при охлаждении — отдают. Скорость этих процессов зависит от скорости атомов рубидия, то есть от их кинетической температуры. Поднимая температуру резервуара от 679 до 1140 нанокельвинов, физики меняли закон теплообмена: нагрев замедлялся, а охлаждение ускорялось. Это позволило сократить полное время цикла без изменения магнитных полей.

Ключевой результат — оптимум при 1410 нанокельвинах, где мощность достигла пика в 28.0 нК/мс (в единицах постоянной Больцмана), а КПД остался равным 0.489. Раньше считалось, что для ускорения нужно менять саму систему, но здесь достаточно было «настроить» резервуар. Моделирование на основе реальных сечений рассеяния точно воспроизвело эксперимент и показало, что упрощённые модели с одной скоростью релаксации завышают мощность в полтора-два раза.

Это открытие связывает атомную физику столкновений с термодинамикой конечного времени. Управление связью с резервуаром оказалось эффективнее, чем управление самой системой, и открывает путь к проектированию наноразмерных тепловых машин, где спектр времён релаксации становится ресурсом. Настройка инструмента продолжается: впереди — резервуары с памятью и оптимизация протоколов управления.