Категории: Новости

Физики обнаружили странную новую теоретическую фазу водорода

Обучив машину нескольким квантовым трюкам, физики обнаружили странную новую фазу водорода в твердой форме. Хотя это пока чисто теоретическое открытие, оно может помочь нам лучше понять поведение материи, начиная с мельчайших масштабов и заканчивая внутренней механикой крупнейших планет во Вселенной.

Эта новая фаза твердого водорода, открытая международным команда исследователей проследила за моделью молекул водорода в экстремальных условиях: используя аналогию с едой, их форма трансформировалась из сфер, сложенных стопкой, как груда апельсинов, в нечто, больше напоминающее яйца.

Для получения водорода обычно требуется очень много низких температурах и очень высоких давлениях для образования твердого тела. Именно благодаря новому исследованию этого фазового перехода с помощью машинного обучения ученые обнаружили новую молекулярную структуру.

Стандартный (слева) и новый (справа) молекулярный паттерн в твердом водороде. (Уэсли Мур)

«Мы начали с не слишком амбициозной цели уточнения теории чего-то, о чем мы знаем», — говорит физик Скотт Дженсен из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне.

«К сожалению, а может быть, к счастью, это было гораздо интереснее. Появилось это новое поведение. На самом деле, это было доминирующее поведение при высоких температурах и давлениях, на что не было и намека в более старая теория».

Значительную роль в исследовании сыграл обновленный алгоритм машинного обучения: он смог смоделировать действия тысяч атомов, а не сотен, которыми ограничиваются многие исследования квантовых явлений.

Исследователи использовали усовершенствованную версию метода, известного как метод квантового Монте-Карло (КМК): по сути, он использует случайную выборку и математику вероятностей, чтобы выяснить, как большие группы атомов ведут себя в массе, группы, которые быть слишком сложным для изучения в реальном эксперименте.

Второй вычислительный метод — способный лучше обрабатывать большее количество атомов, но менее точный — был затем использован для проверки результатов. Поскольку результаты совпали, можно предположить, что усовершенствованный метод QMC работает так, как предполагалось.

«Машинное обучение, как оказалось, многому нас научило», — говорит физик Дэвид Сеперли из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. «Мы видели признаки нового поведения в наших предыдущих симуляциях, но не доверяли им, потому что могли разместить только небольшое количество атомов».

«С нашей моделью машинного обучения мы могли полностью пользуйтесь самыми точными методами и смотрите, что происходит на самом деле».

Проще говоря, компонент машинного обучения повысил точность и объем симуляций, которые могли выполнять ученые, используя существующие данные и предыдущие симуляции, чтобы сделать будущее более точные в своих оценках.

Водород не только самый распространенный элемент во Вселенной, но и самый простой с точки зрения отдельных атомов: один протон и один электрон. Это означает, что новые открытия, связанные с водородом, могут повлиять практически на все остальное в физике.

Пока еще слишком рано знать, что означает эта новая фаза твердого водорода, и требуется больше экспериментов и моделирования, чтобы изучить ее более подробно. близко. Однако изучение наполненных водородом планет, таких как Юпитер и Сатурн, — лишь одна из областей, где это дополнительное понимание может быть полезным.

«Мы хотим понять все, поэтому мы должны начать с систем, которые мы можем атаковать, — говорит Сеперли. «Водород прост, поэтому стоит знать, что мы можем с ним справиться».

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Виктория Ветрова

Космос полон тайн...

Недавние Посты

Ферментирование мисо в космосе придает ему уникальный вкус, исследования на основе исследования

Есть что-то в космической среде, которое меняет вкус мисо интересными и тонкими способами. Single/MREC-> "Ферментация…

08.04.2025

Терраформинг Марс не невозможно. Новое исследование описывает первый шаг.

Terraforming Mars был долгосрочной мечтой энтузиастов колонизации на протяжении десятилетий. Но когда вы начинаете бороться…

08.04.2025

Тардиграды раскрывают секрет переживания крайностей пространства

Конференция по лунной и планетарной науке 2025 года, которая состоялась с 10–14 марта в The…

07.04.2025

Редкая звезда обречена на взрыв, наконец, подтверждает астрономический прогноз

Каждая звезда, которая висит на вечернем небосводе, однажды умирает, его огни заносят огни, и его…

07.04.2025

Новый космический телескоп НАСА раскрывает свои первые изображения

Spherex означает спектро-фотометр для истории вселенной, эпохи реонизации и исследователя ICES. Это их новый инфракрасный…

06.04.2025

Новое открытие Quark раскрывает критический подсказку о рождении вселенной

Пара верхних кварков была обнаружена в детрите, распыляющемся из-за столкновения двух атомов свинца. Обнаружение укрепляет…

05.04.2025