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.
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.