AI用于显示如何氢变得巨行星内部的金属

为了研究人员，来自剑桥大学，IBM研究和EPFL，使用机器学习模仿的氢原子之间的相互作用大学克服大小即使是最强大的超级计算机的时间表限制。他们发现，而不是如发生突然，或一阶过渡，平滑性和渐进性的氢的变化。结果公布在Nature杂志上。

氢，由一个质子和一个电子的，是宇宙既简单和最丰富的元素。这是在我们的太阳系，木星，土星，天王星和海王星，以及太阳系外行星围绕其他恒星运转的巨行星内部的主要组成部分。

在巨行星的表面上，保持氢分子的气体。移动深入巨行星的内部然而，压力超过百万标准大气压。在这种极端的压缩，氢发生相变：氢分子内的共价键断裂，气体变成金属，该金属导电。

“金属氢的存在是理论上一个世纪前，但我们已经不知道是这个过程是如何发生的，因为在再造一个巨大的行星内部的极压条件下在实验室环境中的困难和巨大预测大氢系统的行为的复杂性，”从剑桥大学卡文迪什实验室说主要作者冰清郑博士。

实验者已尝试使用金刚石砧细胞，其中两个钻石施加高压力到密闭样品进行调查密氢。虽然钻石是地球上最硬的物质，该设备将在极端压力下和高温下失败，特别是当与氢接触，这违背了权利要求，一个金刚石是永远。这使得该实验既困难又昂贵。

理论研究也具有挑战性的：虽然氢原子的运动可以使用基于量子力学，具有超过几千原子更多计算超过几纳秒更长的系统的行为所需要的计算能力方程来解决超过的能力世界上规模最大，速度最快的超级计算机。

人们普遍认为致密氢的过渡是一阶，这是伴随着在所有物理性能的突然变化。一阶相变的一个常见的例子是沸腾的液态水：一旦液体变成蒸气，其外观和行为完全尽管温度和压力保持不变而改变。

在目前的理论研究，郑和她的同事们使用机器学习模仿的氢原子之间的相互作用，为了克服直接量子力学计算的局限性。

“我们达到了一个令人吃惊的结论和发现的证据的连续分子在密致的氢原子流体过渡，而不是一阶一个”成，谁也是一个初级研究员三一学院说。

过渡是平滑的，因为相关的“临界点”是隐藏的。关键点是流体之间的所有相变无处不在：可在两个阶段中存在的所有物质都有临界点。具有暴露的临界点的系统，如一个用于蒸汽和液体水，具有明显不同的相。然而，致密氢流体，与隐藏的临界点，可以逐渐地连续的分子和原子相之间的变换。此外，该隐藏临界点还诱导其它异常现象，包括密度和热容量最大值。

关于连续过渡的发现提供了解释的实验的矛盾体上致密氢的新方法。它还意味着绝缘且在巨气体行星金属层之间的平滑过渡。不结合机器学习，量子力学和统计力学研究是不可能的。毫无疑问，这种做法将揭开在未来氢系统更多的物理的见解。至于下一步，研究人员的目标是回答有关密致的氢的固相图的许多未决问题。

资源 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>.