Schema del panorama energetico e distribuzione di Boltzmann per l'effetto Mpemba. Credito: Natura (2020). DOI:10.1038/s41586-020-2560-x
Una coppia di fisici della Simon Fraser University ha sviluppato un mezzo per dimostrare l'effetto Mpemba in un ambiente controllato. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , Avinash Kumar e John Bechhoefer descrivono il setup che hanno usato, ciò che ha mostrato e altri possibili usi per esso.
Già nel 1963, un giovane scolaro in Tanzania di nome Erasto Mpemba si è trovato impegnato a fare il gelato per un gruppo di persone. Parte del processo prevedeva il riscaldamento dell'acqua per disinfettare l'attrezzatura che stava usando. A un certo punto, notò qualcosa che sembrava andare contro il buon senso:l'acqua calda a volte si congelava più velocemente dell'acqua fredda. In seguito ha fatto un rapporto sulle sue scoperte ed è stato accreditato come il primo a riconoscere l'effetto:ora è noto come "effetto Mpemba".
Dal rapporto di Mpemba, gli scienziati hanno esaminato molto più da vicino cosa succede quando l'acqua si congela e non sono stati in grado di decidere se l'effetto è effettivamente reale, questo a causa della complessità dell'acqua, e anche per le variabili in gioco. I ricercatori hanno notato che anche il risultato finale può essere aperto all'interpretazione, ad esempio, l'acqua deve iniziare a bollire o arrivare a bollore completo? O ha solo bisogno di raggiungere il punto di ebollizione? Tali variabili influiscono sul tempo impiegato; così, l'effetto è stato difficile da riprodurre. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno sviluppato un sistema per replicare l'effetto Mpemba in modo affidabile.
Il lavoro ha comportato la costruzione di un sistema colloidale di raffreddamento termico (un tipo di raffreddamento) all'interno di un bicchiere riempito d'acqua, che serviva da bagno di calore. In pratica, si trattava di far cadere una piccola perla di vetro nel bicchiere migliaia di volte da punti diversi usando una distribuzione di probabilità. E mentre ogni perlina cadeva, i ricercatori hanno utilizzato pinzette ottiche per ottenere un profilo potenziale virtuale. Ciò ha forzato un cambiamento nella distribuzione di probabilità e un cambiamento nella temperatura del sistema.
I ricercatori notano che quando hanno cambiato i parametri in modi specifici, in alcuni casi sono stati in grado di osservare il raffreddamento dell'acqua calda più velocemente dell'acqua fredda.
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