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

Квантовый компьютер генерирует действительно случайное число в научном первом

Квантовая машина использовала запутанные кубиты для создания числа, сертифицированного как по-настоящему случайное впервые, демонстрируя удобную…

04.04.2025

Материя против антиметра: открытие LHC может объяснить, как вселенная избежала облитерации

материя и антивещество должны были полностью уничтожить друг друга назад, оставив вселенную очень пустое место.…

04.04.2025

Чрезвычайно странный рок, найденный на Марсе, выглядит как ничто другое вокруг него

Еще раз, Марс подарил нам пример чего -то, что, кажется, в изобилии: чрезвычайно необычные и…

04.04.2025

Загадочная история черной дыры была расширена учеными

Одним из распространенных заблуждений о черных дырах является то, что они поглощают не только значение,…

04.04.2025

Тени Луны могли содержать микробы. Вот почему это беспокойство.

Могут ли микробы выжить в постоянно тенированных регионах (PSR) Луны? Осевой наклон. Это исследование может…

03.04.2025

Звезды тоже получают черви, и «песни» могут рассказать нам свою историю

«Музыка» станородок-огромные вибрации, вызванные разрывами пузырьков газа, которые волнуют по всему телам многих звезд-могут раскрыть…

03.04.2025