الساخن يتجاوز الدافئ في الشبكة الكمومية سريع
عداء متأخر عن المتصدر يصل إلى خط النهاية أولاً. في العالم الكمومي، قامت بذلك حيلة نظام من النوى المغزلية — أسهم مغناطيسية صغيرة لذرات الكربون-13 في الألماس. هذا مظهر من مظاهر تأثير ميمبا: حالة أبعد عن التوازن في البداية تهدأ أسرع من تلك الأقرب إلى السكون.
أخذ مؤلفو العمل ألماسًا به اضطراب — فيه عيوب بارامغناطيسية متناثرة عشوائيًا (ذرات بإلكترونات غير مزدوجة تسرع العودة إلى التوازن). وباستخدام تبديل المجال المغناطيسي، صنعوا أنماطًا مختلفة من المغنطة — بعضها حاد والبعض الآخر ناعم. ثم شغلوا ضخًا دوريًا (ما يسمى بتأثير فلوquet) الذي يقود النظام إلى حالة شبه حرارية طويلة العمر. هذه ليست سكونًا تامًا، بل أشبه بهضبة على الطريق إليه. وهنا، عند الاقتراب من هذه الهضبة، كان المظهر الأكثر "اضطرابًا" يتجاوز الهادئ بانتظام.
اللغز مخفي في بنية الشبكة نفسها. العيوب تخلق مناطق تفقد فيها النوى طاقتها بسرعة، ومناطق شبه خالية من العيوب. في هذه المناطق النظيفة تعيش أبطأ موضة جماعية — أشبه بأوركسترا كسولة تتذكر اللحن الأولي أطول من غيرها. إذا كان الحالة الابتدائية تتردد بشدة مع هذه الموضة، فإنها "تنطلق" نحو النهاية، متجاوزة من انطلقوا أقرب. الحسابات على محاكاة شبه كلاسيكية أكدت: العيوب الموزعة عشوائيًا تولد مناطق نادرة حيث لا تجد النوى ما تتعلق به تقريبًا. هذه المناطق هي التي تقود السباق الشاذ.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2607.21669
Relaxation in an interacting system is determined not only by its initial distance from equilibrium, but also by the relaxation modes populated by the initial state. Here we experimentally observe and control the Mpemba effect, in which a state farther from equilibrium overtakes one initially closer, in an extended, disordered $$^{13}$$C nuclear-spin network in diamond. Field cycling allows us to prepare distinct spatial polarization profiles by independently controlling hyperpolarization and defect-mediated relaxation. We then track their evolution under Floquet driving, which stabilizes a long-lived prethermal regime. We observe reproducible Mpemba crossings and tune the crossing time over several orders of magnitude, from late-time thermalization into the prethermal plateau. Semiclassical simulations show that randomly positioned paramagnetic defects create fast-relaxing regions and defect-poor regions that support the slowest collective relaxation mode. The Mpemba crossings are set by the initial state overlap with this mode. Our results demonstrate anomalous relaxation within a prethermal many-body regime and identify disorder, transport, and mode-selective state preparation as resources for controlling relaxation in extended spin networks.
تأثير ميمبا نفسه سمي على اسم تلميذ تنزاني، إراستو ميمبا، الذي لاحظ في عام 1963 أن الآيس كريم الساخن يتجمد أسرع من البارد، وأصر على إثبات ذلك لمعلم الفيزياء.