Le thé chaud refroidit plus vite que le tiède express

Un verre de thé chaud refroidit parfois plus vite qu'un verre de thé tiède. Ce paradoxe, connu sous le nom d'effet Mpemba, a longtemps été considéré comme une curiosité du monde des liquides. Mais des physiciens l'ont trouvé là où personne ne l'attendait : dans la faible luminescence de films organiques placés dans un champ magnétique.

Les molécules de ces films peuvent stocker l'énergie de la lumière sous forme d'états « de spin » sombres — des triplets (des formes excitées à longue durée de vie avec un moment magnétique particulier). Lorsque deux triplets se rencontrent, ils fusionnent et émettent un éclat lumineux intense. Le champ magnétique intervient dans cette danse : il modifie les probabilités de rencontre, accélérant certaines fusions et en ralentissant d'autres. En conséquence, les courbes de déclin de la luminescence, mesurées à différentes intensités de champ, se croisent. Un champ faible éteint d'abord la lumière plus rapidement, mais finit par prendre du retard ; un champ fort fait l'inverse. C'est l'effet Mpemba généralisé : un système plus « excité » se calme plus tôt que celui qui a démarré plus près du repos.

Les auteurs ont établi un critère simple : si le produit du temps caractéristique de la décroissance rapide par l'amplitude de la queue lente pour un champ est inférieur à celui pour un autre champ, attendez-vous à un croisement. Amusant : la fin est toujours la même — l'obscurité totale, une fois tous les triplets disparus. Le champ magnétique ne fait que redistribuer les chemins vers cette fin, sans changer la destination. Ces travaux relient les étrangetés de la photochimie de spin à la vision moderne de l'effet Mpemba, où ce qui compte n'est pas la température, mais la possibilité même de dépasser sur le chemin de l'équilibre.