Бегун отстаёт от лидера, но к финишу приходит первым. В квантовом мире такой трюк проделала система ядерных спинов — крошечных магнитных стрелок атомов углерода-13 в алмазе. Это проявление эффекта Мпембы: состояние, изначально более далёкое от равновесия, успокаивается быстрее того, что было ближе к покою.
Авторы работы взяли алмаз с беспорядком — в нём хаотично разбросаны парамагнитные дефекты (атомы с неспаренными электронами, ускоряющие возврат к равновесию). С помощью переключения магнитного поля они создавали разные узоры намагниченности — одни резкие, другие плавные. Затем включали периодическую накачку (так называемое Floquet-воздействие), которая загоняла систему в долгоживущее предтепловое состояние. Это не полный покой, а скорее плато на пути к нему. И вот на подступах к этому плато более «взбудораженный» профиль регулярно обгонял спокойный.
Разгадка скрыта в структуре самой сети. Дефекты создают области, где спины быстро теряют энергию, и зоны, почти лишённые дефектов. Именно в этих чистых зонах живёт самая медленная коллективная мода — своего рода ленивый оркестр, который дольше всех помнит начальную мелодию. Если начальное состояние сильно перекликается с этой модой, оно и «выстреливает» к финишу, обходя тех, кто стартовал ближе. Расчёты на полуклассических симуляциях подтвердили: случайно расположенные дефекты порождают редкие области, где спинам почти не за что зацепиться. Эти области и дирижируют аномальной гонкой.
Сам эффект Мпембы назван в честь танзанийского школьника Эрасто Мпембы, который в 1963 году заметил, что горячее мороженое застывает быстрее холодного, и упорно доказывал это учителю физики.