Investigadores del Trinity College de Dublín han descrito la existencia del paradójico efecto Mpemba en los sistemas cuánticos. Inicialmente investigado por pura curiosidad, el descubrimiento cerró la brecha entre las observaciones de Aristóteles de hace dos milenios y la comprensión moderna, y abrió la puerta a toda una serie de efectos “frescos” y “refrigerantes”.
El efecto Mpemba es mejor conocido como un fenómeno anómalo en el que el agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Las observaciones del efecto contrario a la intuición se remontan a Aristóteles, quien observó hace más de 2.000 años que los griegos del Ponto estaban explotando el efecto en sus prácticas de pesca.
La influencia Mpemba ha intrigado a otras grandes mentes a lo largo de la historia, como René Descartes y Francis Bacon. Ha sido objeto de numerosos artículos periodísticos y periódicamente aparece como un foco curioso en diversos entornos, como el concurso de cocina MasterChef, donde los concursantes han tratado de capitalizar el efecto de entregar comidas congeladas más rápido de lo que parece posible en el desafío de los postres. .
Y ahora podemos decir que este extraño efecto es mucho más omnipresente de lo que esperábamos anteriormente porque el equipo Trinity QCIS dirigido por el profesor John Gould de la Facultad de Física ha publicado un artículo fascinante en la revista. Carta de revisión física. El artículo describe sus avances en la comprensión de los efectos de la física cuántica en un mundo muy diferente y muy complejo.
El profesor Gould dijo: “El ‘efecto Mpemba’ recibió su nombre de Erasto Mpemba quien, cuando era un escolar en 1963, estaba haciendo helado en su clase de economía doméstica en Tanzania. Mpemba no esperó a que se enfriara su mezcla de helado caliente. Antes metiéndolo directamente en el congelador y sus compañeros se sorprendieron al ver que se congelaba delante de todas las muestras frías.
“Le señaló esto a su maestro, quien se burló de él por no conocer su física: la ley de enfriamiento de Newton, por ejemplo, nos dice que la velocidad a la que un objeto se enfría es proporcional a la diferencia de temperatura entre el objeto y su entorno. Sin embargo, Mpemba es profesor visitante (convenció a Dennis Osborne de la Universidad de Dar es Salaam) para probar lo que había visto, y ambos publicaron un artículo que demostró un efecto verdaderamente extraño”.
Aunque el efecto Mpemba aún no se comprende completamente (su presencia se analiza a escala macroscópica), es mucho más evidente a escala microscópica, donde los físicos utilizan la teoría de la mecánica cuántica para describir la naturaleza.
El efecto cuántico Mpemba se ha convertido recientemente en un tema de tendencia, pero innumerables preguntas quedan en el aire; Por ejemplo, ¿cómo se relaciona el efecto cuántico con el efecto fundamental? ¿Y podemos construir un marco termodinámico para comprender mejor el fenómeno?
Los avances del grupo de investigación QuSys responden a algunas preguntas clave.
El profesor Gould dijo: “Nos especializamos en la interfaz entre la termodinámica del no equilibrio y la teoría cuántica y, como tal, tenemos la caja de herramientas adecuada para abordar estas preguntas. Nuestro trabajo esencialmente proporciona una receta para crear el efecto Mpemba en sistemas cuánticos, donde un transformación física que efectivamente ‘calienta’ el sistema cuántico, luego explota las propiedades únicas de la dinámica cuántica para relajarlo o ‘enfriarlo’ rápidamente”.
Utilizando el conjunto de herramientas de la termodinámica cuántica de no equilibrio, el equipo cerró con éxito la brecha entre las observaciones de Aristóteles de hace dos milenios y nuestra comprensión moderna de la mecánica cuántica.
Y esto ahora abre la puerta a muchas preguntas relacionadas con la investigación y las aplicaciones.
El profesor Gould añadió: “Cuando iniciamos este proyecto por primera vez por curiosidad intelectual, nos obligó a plantearnos algunas preguntas muy fundamentales sobre la relación entre las leyes de la termodinámica, que describen el enfriamiento, y la mecánica cuántica, que describe la realidad en un nivel fundamental. Actualmente estamos trabajando en una solución al problema desarrollando métodos geométricos que, con suerte, nos permitirán comprender diferentes tipos de efectos Mpemba en el mismo marco matemático.
“Lo que tenemos en este efecto Mpemba realmente ‘genial’ es una forma de acelerar el enfriamiento, y el enfriamiento de los sistemas cuánticos es absolutamente vital para las aplicaciones de la tecnología cuántica. Con eso en mente, estoy seguro de que tendremos algunos “Las herramientas desarrolladas para investigar este efecto fundamental del flujo de calor serán de suma importancia”.