物理学家利用单个捕获离子演示量子尺度逆姆潘巴效应

以色列魏茨曼科学研究所的物理学家团队利用单个捕获离子成功证明了量子级的逆姆潘巴效应。该团队在《物理评论快报》上发表的研究中，通过将锶-88 离子与外部热浴耦合来证明这一效应。

众所周知，在某些情况下，热液体会比冷液体更快结冰。20 世纪 60 年代，坦桑尼亚高中生埃拉斯托·姆潘巴 (Erasto Mpemba) 研究了这一现象。他进行了多次实验，以证明在什么情况下会发生这种现象;因此，这种现象现在被称为姆潘巴效应。

不幸的是，尽管许多科学家小组对此进行了研究，但人们仍然没有很好地理解它，尽管人们发现，在不同的情况下，也会出现逆姆潘巴效应，即冷水比热水升温更快。在这项新的研究中，研究小组证明了这种效应可以在量子尺度上发生。

该团队的工作涉及将单个锶-88离子捕获在外部浴中。首先使用激光冷却(或加热)离子，然后允许其与温暖(或凉爽)的浴相互作用，后者使用第二束激光加热(或冷却)，导致其量子态缓慢退相干。

研究小组将离子的最终状态描述为处于弛豫路径中，因为如果浴槽没有被加热或冷却，它最终就会稳定下来，处于这种状态——他们指出，这条路径不是热线性的，因为它是一个量子系统，而不是一个经典系统。

通过改变离子及其浴的温度，研究小组能够证明，在某些情况下，当离子从较冷的状态开始旅程时，它能够比从较温暖的状态开始旅程更快地到达较温暖的弛豫路径——这是逆姆潘巴效应的一个例子。

研究小组用校车的比喻来解释他们的实验为什么会这样进行——假设一位校车司机只有当最后一个孩子下车后才能完成他的行程，在这种情况下，他受到车上最慢的孩子的速度的限制。

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