Fizycy odkrywają dziwny nowy etap teoretyczny dla wodoru: ScienceAlert

Ucząc maszynę niektórych sztuczek kwantowych, fizycy odkryli dziwną nową fazę wodoru w postaci stałej. Chociaż to odkrycie jest na razie czysto teoretyczne, może pomóc nam lepiej zrozumieć zachowanie materii od najmniejszych łusek po wewnętrzną mechanikę największych planet we wszechświecie.

Ta nowa faza stałego wodoru, odkryta przez międzynarodowy zespół naukowców, nastąpiła po demonstracji modelu cząsteczek wodoru w ekstremalnych warunkach: używając analogii do żywności, ich kształt zmienił się z kul ułożonych jak stos pomarańczy w coś bardzo podobnego do jajek.

Wodór normalnie wymaga bardzo niskich temperatur i bardzo wysokich ciśnień Solidna forma. Dzięki nowemu badaniu uczenia maszynowego tej konkretnej zmiany fazy naukowcy odkryli nowy układ molekularny.

„Zaczęliśmy od niezbyt ambitnego celu udoskonalenia teorii czegoś, co znamy” On mówi Fizyk Scott Jensen z University of Illinois Urbana-Champaign.

„Niestety, a może na szczęście, było to bardziej interesujące. Pojawiło się to nowe zachowanie. W rzeczywistości było to dominujące zachowanie w wyższych temperaturach i ciśnieniach, coś, czego nie było w starej teorii”.

Zaktualizowany algorytm uczenia maszynowego odegrał ważną rolę w badaniach: był w stanie modelować działania tysięcy atomów, a nie setek licznych badań zjawisk kwantowych.

Naukowcy wykorzystali ulepszoną wersję tzw Kwantowe Monte Carlo Technika QMC: Zasadniczo wykorzystuje losowe pobieranie próbek i matematykę prawdopodobieństwa, aby zobaczyć, jak duże grupy atomów zachowują się łącznie, grupy, które są trudne do zbadania w rzeczywistym eksperymencie.

Druga metoda obliczeniowa — bardziej zdolna do obsługi większej liczby atomów, ale bez precyzji — została wykorzystana do zweryfikowania wyników. Ponieważ wyniki są zgodne, wskazują, że ulepszona technologia QMC działa zgodnie z założeniami.

„Okazuje się, że uczenie maszynowe wiele nas uczy” On mówi Fizyk David Siberly z University of Illinois Urbana-Champaign. „W poprzednich symulacjach widzieliśmy oznaki nowego zachowania, ale nie ufaliśmy im, ponieważ mogliśmy pomieścić tylko niewielką liczbę atomów”.

„Dzięki naszemu modelowi uczenia maszynowego możemy w pełni wykorzystać najdokładniejsze metody i zobaczyć, co naprawdę się dzieje”.

Mówiąc najprościej, komponent uczenia maszynowego poprawił dokładność i zakres symulacji, które naukowcy mogą przeprowadzać, wykorzystując istniejące dane i wcześniejsze symulacje, aby przyszłe symulacje były dokładniejsze pod względem ich szacunków.

Wodór jest nie tylko najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, ale także najprostszym ze wszystkich pod względem pojedynczych atomów: jednego protonu i jednego elektronu. Oznacza to, że nowe odkrycia dotyczące wodoru mogą wpłynąć na prawie wszystko inne w fizyce.

W tej chwili jest za wcześnie, aby powiedzieć, co oznacza ta nowa faza stałego wodoru, i potrzeba więcej eksperymentów i symulacji, aby przyjrzeć się temu bliżej. Jednak badanie planet wypełnionych wodorem, takich jak Jowisz i Saturn, to tylko jeden obszar, w którym ta dodatkowa wiedza może być przydatna.

„Chcemy wszystko zrozumieć, więc musimy zacząć od systemów, które możemy zaatakować” On mówi Cyberly. „Wodór jest prosty, więc warto wiedzieć, że sobie z nim poradzimy”.

Badania opublikowane w Fizyczne listy przeglądowe.