Стакан горячего чая иногда остывает быстрее, чем стакан тёплого. Этот парадокс, известный как эффект Мпембы, долго считали курьёзом из мира жидкостей. Но физики нашли его там, где никто не ждал: в слабом свечении органических плёнок, помещённых в магнитное поле.
Молекулы в таких плёнках могут запасать энергию света в виде тёмных «спиновых» состояний — триплетов (долгоживущих возбуждённых форм с особым магнитным моментом). Когда два триплета встречаются, они сливаются и испускают одну яркую вспышку. Магнитное поле вмешивается в этот танец: оно меняет вероятности встреч, заставляя одни пары сливаться быстрее, а другие — медленнее. В итоге кривые затухания свечения, снятые при разной силе поля, пересекаются. Слабое поле сначала гасит свет резвее, но потом отстаёт; сильное — наоборот. Это и есть обобщённый эффект Мпембы: более «возбуждённая» система успокаивается раньше, чем та, что стартовала ближе к покою.
Авторы вывели простой критерий: если произведение характерного времени быстрого спада на амплитуду медленного хвоста для одного поля меньше, чем для другого, — ждите пересечения. Забавно, что финал всегда один и тот же — полная темнота, когда все триплеты исчезли. Магнитное поле лишь перераспределяет маршруты к этому финалу, не меняя пункта назначения. Работа связывает странности спиновой фотохимии с современным взглядом на эффект Мпембы, где важны не температуры, а сама возможность обгона на пути к равновесию.
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.21003
The Mpemba effect is commonly associated with anomalous thermal relaxation, in which a system prepared at a higher temperature reaches equilibrium faster than one prepared at a lower temperature. In modern formulations, however, its defining feature is broader: a state initially farther from equilibrium can relax faster than a closer one, or, equivalently, relaxation trajectories can cross. Here, we show that magnetic-field-dependent delayed fluorescence in triplet-fusion systems realizes a generalized Mpemba effect driven by external control of spin-selective kinetics. Using a diffusion-controlled geminate-recombination extension of the Johnson--Merrifield model, we demonstrate that delayed-fluorescence trajectories obtained at different magnetic fields cross when geminate fusion is effective. We further derive a compact kinetic criterion for such crossing in terms of the competition between intermediate-time decay rates and long-time power-law amplitudes. This criterion captures the interplay between effective fast and slow relaxation contributions. Within this kinetic framework, the final state is independent of the external control parameter and is defined as the fully relaxed state in which no separated triplet population remains. The generalized Mpemba effect therefore arises from the redistribution of transient relaxation pathways associated with geminate recombination, whereas bulk diffusion-controlled processes contribute only to the final relaxation. These results link anomalous relaxation in spin-dependent photokinetics to modern formulations of the generalized Mpemba effect and show how trajectory crossing can emerge in systems governed by diffusion-controlled geminate recombination and non-Markovian kinetics.
Эффект Мпембы назван в честь танзанийского школьника, который в 1963 году заметил, что горячее мороженое застывает быстрее тёплого, и донимал учителей вопросами, пока физики не признали его правоту.
В романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки» есть лёд-девять, способный мгновенно заморозить воду при комнатной температуре — фантастический перевёртыш эффекта Мпембы, где равновесие достигается скачком, а не плавным охлаждением.