Cel mai rapid mod de a încălzi anumite materiale poate fi să le răcești mai întâi

Pentru a încălzi o felie de pizza, probabil că nu te-ai gândi mai întâi să o răcești în frigider. Dar un studiu teoretic sugerează că răcirea, ca prim pas înainte de încălzire, poate fi cea mai rapidă modalitate de a încălzi anumite materiale. De fapt, o astfel de prerăcire ar putea duce uneori la o încălzire exponențial mai rapidă, calculează doi fizicieni într-un studiu acceptat în Scrisori de revizuire fizică.

Conceptul este similar cu efectul Mpemba, observația contraintuitivă – și controversată – că apa caldă uneori îngheață mai repede decât apa rece (SN: 1/6/17). Oamenii de știință încă nu sunt de acord cu privire la motivul pentru care apare efectul Mpemba și este dificil să se reproducă efectul în mod constant. Noul studiu este „un mod de a gândi efecte precum efectul Mpemba dintr-o perspectivă diferită”, spune fizicianul Andrés Santos de la Universidad de Extremadura din Badajoz, Spania, care nu a fost implicat în cercetare.

Acest potențial de încălzire mai rapidă nu se aplică de fapt felii de pizza, ci anumitor modele teoretice simplificate de materiale, pe care oamenii de știință le folosesc pentru a face calcule care îi ajută să înțeleagă materialele reale. Fizicienii Amit Gal și Oren Raz de la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel, au studiat un sistem teoretic numit modelul Ising, o rețea 2-D de atomi care au poli magnetici care sunt îndreptați fie în sus, fie în jos. În special, au luat în considerare o versiune a modelului Ising în care atomii vecini aveau tendința de a-și îndrepta polii în direcții opuse, comportament care se numește antiferomagnetic. În acest sistem, încălzirea ar putea avea loc mai rapid după o fază de prerăcire.

Pentru ca noul efect să apară, trebuie să existe o proprietate relevantă a sistemului, alta decât o temperatură uniformă care este afectată de prerăcire. Altfel, nu ar fi nicio diferență între un sistem care a fost prerăcit și încălzit și unul care nu a fost. „Temperatura nu poate spune cu adevărat întreaga poveste”, spune Gal.

În cazul modelului Ising antiferomagnetic, cercetătorii au luat în considerare magnetizarea totală produsă din toți atomii, precum și câți magneți au îndreptat în direcția opusă vecinilor lor. Răcirea materialului ar putea schimba raportul dintre aceste două proprietăți într-un mod care să permită încălzirea să continue mai rapid.

Raz speră ca fizicienii să caute efectul în materiale reale, cum ar fi aliajele magnetice.

„Perspectivele sunt interesante”, spune fizicianul Adolfo del Campo de la Centrul Internațional de Fizică Donostia din Spania. Oamenii de știință au căutat modalități de a accelera încălzirea în mașini mici care urmează regulile mecanicii cuantice și pot ocoli unele dintre limitele mașinilor standard (SN: 4/1/19). Dacă efectul poate fi exploatat în astfel de mașini minuscule, spune el, „ar fi [be] destul de la îndemână.”