Οι φυσικοί ανακαλύπτουν ένα παράξενο νέο θεωρητικό στάδιο για το υδρογόνο: το ScienceAlert

Οι φυσικοί ανακαλύπτουν ένα παράξενο νέο θεωρητικό στάδιο για το υδρογόνο: το ScienceAlert

Διδάσκοντας μια μηχανή να μάθει κάποια κβαντικά κόλπα, οι φυσικοί ανακάλυψαν μια παράξενη νέα φάση υδρογόνου σε στερεή μορφή. Αν και είναι καθαρά θεωρητική προς το παρόν, αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τη συμπεριφορά της ύλης από τη μικρότερη κλίμακα έως την εσωτερική μηχανική των μεγαλύτερων πλανητών στο σύμπαν.

Αυτή η νέα φάση στερεού υδρογόνου που ανακαλύφθηκε από μια διεθνή ομάδα ερευνητών ακολούθησε την επίδειξη μορίων υδρογόνου από το μοντέλο υπό ακραίες συνθήκες: Για να χρησιμοποιήσουμε μια αναλογία τροφίμων, το σχήμα τους μετατράπηκε από γεμάτες μπάλες σαν μια στοίβα πορτοκαλιών σε κάτι παρόμοιο με αυγά.

Το υδρογόνο συνήθως απαιτεί πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και πολύ υψηλές πιέσεις στερεός σχηματισμός. Μέσω μιας νέας μελέτης μηχανικής μάθησης αυτής της συγκεκριμένης αλλαγής φάσης, οι επιστήμονες βρήκαν τη νέα μοριακή διάταξη.

Τυπικά (αριστερά) και νέα (δεξιά) μοριακά μοτίβα σε στερεό υδρογόνο. (Γουέσλι Μουρ)

“Ξεκινήσαμε με τον όχι πολύ φιλόδοξο στόχο να βελτιώσουμε τη θεωρία για κάτι που γνωρίζουμε.” Αυτος λεει Ο φυσικός Scott Jensen του Πανεπιστημίου του Illinois Urbana-Champaign.

“Δυστυχώς, ή ίσως ευτυχώς, ήταν πιο ενδιαφέρον από αυτό. Υπήρξε η εμφάνιση αυτής της νέας συμπεριφοράς. Στην πραγματικότητα, αυτή ήταν η κυρίαρχη συμπεριφορά σε υψηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις, κάτι που δεν υπήρχε στην παλιά θεωρία.”

Ο ενημερωμένος αλγόριθμος μηχανικής μάθησης έπαιξε σημαντικό ρόλο στην έρευνα: ήταν σε θέση να μοντελοποιήσει τις ενέργειες χιλιάδων ατόμων αντί για εκατοντάδες πολυάριθμες μελέτες κβαντικών φαινομένων.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια βελτιωμένη έκδοση αυτού που είναι γνωστό ως Κβαντικό Μόντε Κάρλο Τεχνική QMC: Βασικά, χρησιμοποιεί τυχαία δειγματοληψία και μαθηματικά πιθανοτήτων για να δει πώς συμπεριφέρονται συλλογικά μεγάλες ομάδες ατόμων, ομάδες που είναι δύσκολο να μελετηθούν σε ένα πραγματικό πείραμα.

Στη συνέχεια, μια δεύτερη υπολογιστική μέθοδος -μια ακόμη ικανή να χειριστεί περισσότερα άτομα αλλά χωρίς την ακρίβεια- χρησιμοποιήθηκε για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων. Καθώς τα αποτελέσματα είναι συναφή, υποδεικνύουν ότι η βελτιωμένη τεχνολογία QMC λειτουργεί όπως προβλέπεται.

«Η μηχανική μάθηση αποδεικνύεται ότι μας διδάσκει πολλά» Αυτος λεει Ο φυσικός David Siberly του Πανεπιστημίου του Illinois Urbana-Champaign. «Είχαμε δει σημάδια νέας συμπεριφοράς σε προηγούμενες προσομοιώσεις, αλλά δεν τις εμπιστευτήκαμε γιατί μπορούσαμε να φιλοξενήσουμε μόνο μικρούς αριθμούς ατόμων».

«Με το μοντέλο μηχανικής εκμάθησης που διαθέτουμε, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε πλήρως τις πιο ακριβείς μεθόδους και να δούμε τι πραγματικά συμβαίνει».

Με απλά λόγια, το στοιχείο μηχανικής εκμάθησης έχει βελτιώσει την ακρίβεια και το εύρος των προσομοιώσεων που μπορούν να εκτελέσουν οι επιστήμονες, χρησιμοποιώντας υπάρχοντα δεδομένα και προηγούμενες προσομοιώσεις για να κάνουν τις μελλοντικές προσομοιώσεις πιο ακριβείς όσον αφορά τις εκτιμήσεις τους.

Το υδρογόνο δεν είναι μόνο το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, αλλά είναι επίσης το απλούστερο από όλα όσον αφορά τα μεμονωμένα άτομα του: ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό σημαίνει ότι οι νέες ανακαλύψεις για το υδρογόνο θα μπορούσαν να επηρεάσουν σχεδόν οτιδήποτε άλλο στη φυσική.

Αυτή τη στιγμή, είναι πολύ νωρίς για να πούμε τι σημαίνει αυτή η νέα φάση στερεού υδρογόνου και χρειάζονται περισσότερα πειράματα και προσομοιώσεις για να το δούμε πιο προσεκτικά. Ωστόσο, η μελέτη πλανητών γεμάτων υδρογόνο όπως ο Δίας και ο Κρόνος είναι μόνο ένας τομέας όπου αυτή η πρόσθετη κατανόηση θα μπορούσε να είναι χρήσιμη.

«Θέλουμε να καταλάβουμε τα πάντα, επομένως πρέπει να ξεκινήσουμε με τα συστήματα στα οποία μπορούμε να επιτεθούμε». Αυτος λεει Cyberly. «Το υδρογόνο είναι απλό, οπότε αξίζει να γνωρίζουμε ότι μπορούμε να το χειριστούμε».

READ  Το τηλεσκόπιο James Webb καταγράφει το νεφέλωμα του Ταραντούλα με εκπληκτική λεπτομέρεια

Έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Επιστολές φυσικής ανασκόπησης.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *