AI używane, aby pokazać jak wodór staje metalu wewnątrz olbrzymich planet

Naukowcy z University of Cambridge, IBM badań i EPFL, uczenia maszyny używanej do naśladowania oddziaływania między atomami wodoru, w celu pokonania ograniczenia rozmiaru i harmonogramu nawet najbardziej wydajnych superkomputerĂłw. Okazało się, że dzieje się tak, zamiast nagle lub pierwszego rzędu, przejścia, zmiany w wodór, płynne i stopniowe sposób. Wyniki podano w czasopiśmie Nature.

Wodór, składający się z jednego protonu i jednego elektronu jest jak najprostsza i najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w Wszechświata. To jest dominującym elementem wnętrza olbrzymich planet w naszym układzie słonecznym, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun, a także planet krążących wokół innych gwiazd.

Na powierzchniach planet wodór pozostaje gazu cząsteczkowego. Przenoszenie głębiej wnętrzach planet jednak ciśnienie przekracza miliony standardowych atmosfer. Zgodnie z tym kompresji skrajnym wodór ulega przemianie fazowej: Wiązania kowalencyjne wewnątrz cząsteczki wodoru złamania, i gaz zostaje metal, który przewodzi elektryczność.

„Istnienie metalicznego wodoru teorię wieku temu, ale to, co nie jest znany sposób pojawia się ten proces, ze względu na trudności w odtworzeniu warunków ekstremalnych ciśnienie wnętrza olbrzymiego planety w warunkach laboratoryjnych, a ogromna zawiłości przewidywaniu zachowań dużych instalacji wodorowych,”powiedział główny autor dr Bingqing Cheng z Cambridge Cavendish Laboratory.

Eksperymentatorów starali się zbadać gęstą wodoru stosując diamentową kowadełka, w którym dwie diamenty stosować wysokie ciśnienie w zamkniętej próbki. Mimo że diament jest najtwardszą substancją na Ziemi, urządzenie nie powiedzie się pod ogromną presją i wysokie temperatury, zwłaszcza w kontakcie z wodorem, w przeciwieństwie do twierdzenia, że ​​diament jest zawsze. To sprawia, że ​​eksperymenty zarówno trudne i kosztowne.

Badania teoretyczne także wyzwaniem: mimo, że ruch z atomów wodoru może być rozwiązany za pomocą równań opartych na z mechaniki kwantowej mocy obliczeniowej potrzebnych do obliczenia zachowanie układów o więcej niż kilka tysięcy atomów dłużej niż kilka nanosekund przekracza Zdolność największe i najszybsze superkomputery świecie.

Powszechnie przyjmuje się, że przejście z gęstej wodoru pierwszego rzędu, który towarzyszy nagłych zmian we wszystkich właściwości fizycznych. Typowym przykładem rzędu pierwszego przejścia fazowego ciecz wrze wody: gdy ciecz staje się parą, jego wygląd i zachowanie całkowicie zmienić pomimo faktu, że temperatura i ciśnienie są takie same.

W badaniu teoretycznej Cheng i jej współpracownicy stosować maszynę uczenia naśladujący oddziaływań pomiędzy atomami wodoru w celu przezwyciężenia ograniczeń bezpośredni kwantowej obliczeń mechanicznych.

„Osiągnęliśmy zaskakujący wniosek i stwierdzono dowodów na ciągłym molekularna przejścia atomowej w gęstej cieczy wodoru zamiast jednego pierwszego rzędu” wspomniany Cheng, który jest również Junior naukowy Trinity College.

Przejście jest gładka, gdyż wiąże się „Punkt krytyczny” ukryte. Punkty krytyczne są wszechobecne we wszystkich przemian fazowych między płynów: wszystkie substancje, które mogą występować w dwóch fazach mają punkty krytyczne. System z odsłoniętą punktu krytycznego, na przykład jeden dla pary i wody w stanie ciekłym ma wyraźnie odrębne fazy. Jednakże gęsty płynny wodór, z ukrytą punktu krytycznego, mogą przekształcić się stopniowo i w sposób ciągły pomiędzy cząsteczkowej i fazy atomowych. Ponadto, ta ukryta krytyczny punkt powoduje również inne nietypowe zjawiska oraz gęstości i pojemności cieplnej maksimów.

Stwierdzenie o ciągłe przejście zapewnia nowy sposób interpretacji podważającego ciało eksperymentów gęstych wodoru. Oznacza to również łagodne przejście między izolacyjne i warstwy metalicznej w olbrzymich planety gazu. Badanie nie byłoby możliwe bez łączenia uczenia maszynowego, mechaniki kwantowej i fizyki statystycznej. Bez wątpienia, takie podejście będzie bardziej odkryć fizycznych spostrzeżeniami dotyczącymi instalacji wodorowych w przyszłości. Jako następny krok, naukowcy mają na celu odpowiedzieć na wiele otwartych pytań dotyczących schemacie fazie stałej gęstej wodoru.

źródło University of Cambridge. "AI used to show how hydrogen becomes a metal inside giant planets." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 September 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200909114858.htm>.