Описан квантовый эффект Мпембы

Японские ученые описали квантовый эффект Мпембы (при котором горячая вода замерзает быстрее холодной) для системы из квантовых точек. Этот эффект может найти применение в квантовых технологиях. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Еще Аристотель замечал явление: горячая вода замерзает быстрее холодной. Однако в XX веке школьник Эрасто Мпемба из Республики Таганьики заинтересовался этим парадоксом. Этот вопрос он решал вместе с физиком Деннисом Осборном, в результате чего явление назвали в честь него. Эффект Мпембы до сих пор не до конца объяснен, хотя наблюдался в разных системах, включая коллоиды. Сейчас считается, что этот эффект объясняется временем релаксации, которое зависит от изначальных условий, поэтому система, которая находится от равновесия дальше, приходит к нему быстрее, чем система, которая ближе к равновесному состоянию.

Сейчас японские ученые описали квантовый эффект Мпембы. Они создали две системы квантовых точек, подсоединенные к термостату. Через одну систему проходил ток, а вторая находилась в равновесном состоянии. Обе системы ученые постарались привести в низкотемпературное равновесие и наблюдали их эволюцию со временем, оценивая, как менялась матрица плотности, энергия, энтропия, температура. В результате ученые наблюдали то же явление, как и при классическом эффекте Мпембы: обе системы достигали одной и той же точки, из которой в итоге переходили в равновесное состояние.

Далее ученые проанализировали основное квантовое уравнение и выяснили, что действительно показали термический квантовый эффект Мпембы. Они описали его при разных исходных параметрах, таких как температура термостата и химические потенциалы. Исследователи считают, что в будущем эффект Мпембы, возможно, найдет применение в квантовых технологиях.