Fyzici objevují zvláštní novou teoretickou fázi pro vodík: ScienceAlert

Tím, že fyzikové naučili stroj naučit se nějaké kvantové triky, objevili podivnou novou fázi vodíku v pevné formě. I když je tento objev zatím čistě teoretický, mohl by nám pomoci lépe porozumět chování hmoty od nejmenších měřítek až po vnitřní mechaniku největších planet ve vesmíru.

Tato nová fáze pevného vodíku, objevená mezinárodním týmem výzkumníků, následovala modelovou demonstraci molekul vodíku za extrémních podmínek: Abychom použili analogii jídla, jejich tvar se transformoval z koulí naskládaných jako hromada pomerančů na něco podobného jako vejce.

Vodík normálně vyžaduje velmi nízké teploty a velmi vysoké tlaky Pevná forma. Prostřednictvím nové studie strojového učení této konkrétní fázové změny našli vědci nové molekulární uspořádání.

„Začali jsme s nepříliš ambiciózním cílem upřesnit teorii něčeho, co známe,“ On říká Fyzik Scott Jensen z University of Illinois Urbana-Champaign.

„Bohužel nebo možná naštěstí to bylo zajímavější než to. Objevilo se toto nové chování. Ve skutečnosti to bylo dominantní chování při vyšších teplotách a tlacích, něco, o čem ve staré teorii nebylo ani náznaku.“

Aktualizovaný algoritmus strojového učení hrál ve výzkumu důležitou roli: byl schopen modelovat akce tisíců atomů spíše než stovky četných studií kvantových jevů.

Výzkumníci použili vylepšenou verzi toho, co je známé jako Kvantové Monte Carlo Technika QMC: V zásadě používá náhodné vzorkování a pravděpodobnostní matematiku, aby bylo vidět, jak se velké skupiny atomů chovají kolektivně, skupiny, které je obtížné studovat ve skutečném experimentu.

K ověření výsledků byla použita druhá výpočetní metoda – jedna více schopná zvládnout více atomů, ale bez přesnosti. Protože se výsledky shodují, naznačují, že vylepšená technologie QMC funguje tak, jak bylo zamýšleno.

„Ukázalo se, že nás strojové učení hodně naučí,“ On říká Fyzik David Siberly z University of Illinois Urbana-Champaign. „V předchozích simulacích jsme viděli známky nového chování, ale nevěřili jsme jim, protože jsme mohli pojmout pouze malý počet atomů.“

„S naším modelem strojového učení můžeme plně využít ty nejpřesnější metody a vidět, co se skutečně děje.“

Jednoduše řečeno, složka strojového učení zlepšila přesnost a rozsah simulací, které vědci mohou provádět, a to pomocí stávajících dat a minulých simulací, aby byly budoucí simulace přesnější, pokud jde o jejich odhady.

Vodík je nejen nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, ale je také nejjednodušší ze všech, pokud jde o jeho jednotlivé atomy: jeden proton a jeden elektron. To znamená, že nové objevy o vodíku by mohly ovlivnit téměř vše ostatní ve fyzice.

Právě teď je příliš brzy na to říci, co tato nová fáze pevného vodíku znamená, a je zapotřebí více experimentů a simulací, abychom se na to podívali blíže. Studium planet naplněných vodíkem, jako je Jupiter a Saturn, je však jen jednou oblastí, kde by toto další porozumění mohlo být užitečné.

„Chceme všemu rozumět, takže musíme začít se systémy, na které můžeme zaútočit,“ On říká Kyberneticky. „Vodík je jednoduchý, takže stojí za to vědět, že to zvládneme.“

Výzkum publikovaný v Fyzické kontrolní dopisy.