Físicos descubren una nueva y extraña etapa teórica para el hidrógeno: ScienceAlert

Al enseñarle a una máquina a aprender algunos trucos cuánticos, los físicos han descubierto una nueva y extraña fase de hidrógeno en forma sólida. Si bien este descubrimiento es puramente teórico por ahora, podría ayudarnos a comprender mejor el comportamiento de la materia desde la escala más pequeña hasta la mecánica interna de los planetas más grandes del universo.

Descubierta por un equipo internacional de investigadores, esta nueva fase de hidrógeno sólido siguió la demostración del modelo de moléculas de hidrógeno en condiciones extremas: para usar una analogía con los alimentos, su forma se transformó de esferas apiladas como una pila de naranjas a algo muy parecido a huevos.

El hidrógeno normalmente requiere temperaturas muy bajas y presiones muy altas. forma sólida. A través de un nuevo estudio de aprendizaje automático de este cambio de fase particular, los científicos han encontrado la nueva disposición molecular.

Patrones moleculares estándar (izquierda) y nuevos (derecha) en hidrógeno sólido. (Wesley Moore)

«Comenzamos con el objetivo no tan ambicioso de refinar la teoría de algo que conocemos», Él dice El físico Scott Jensen de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.

«Desafortunadamente, o quizás afortunadamente, fue más interesante que eso. Hubo el surgimiento de este nuevo comportamiento. De hecho, este era el comportamiento dominante a temperaturas y presiones más altas, algo de lo que no había indicios en la vieja teoría».

El algoritmo de aprendizaje automático actualizado desempeñó un papel importante en la investigación: pudo modelar las acciones de miles de átomos en lugar de cientos de numerosos estudios de fenómenos cuánticos.

Los investigadores utilizaron una versión mejorada de lo que se conoce como Montecarlo cuántico Técnica QMC: Básicamente, utiliza muestreo aleatorio y matemáticas de probabilidad para ver cómo se comportan colectivamente grandes grupos de átomos, grupos que son difíciles de estudiar en un experimento real.

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Se utilizó un segundo método computacional, uno más capaz de manejar más átomos pero sin la precisión, para verificar los resultados. Como los resultados son congruentes, indican que la tecnología QMC mejorada funciona según lo previsto.

“El aprendizaje automático resulta que nos enseña mucho”, Él dice El físico David Siberly de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. «Habíamos visto signos de un nuevo comportamiento en simulaciones anteriores, pero no confiábamos en ellos porque solo podíamos acomodar una pequeña cantidad de átomos».

«Con nuestro modelo de aprendizaje automático, podemos aprovechar al máximo los métodos más precisos y ver lo que realmente sucede».

En pocas palabras, el componente de aprendizaje automático ha mejorado la precisión y el rango de simulaciones que los científicos pueden ejecutar, utilizando datos existentes y simulaciones anteriores para hacer que las simulaciones futuras sean más precisas en términos de sus estimaciones.

El hidrógeno no solo es el elemento más abundante en el universo, sino que también es el más simple de todos en términos de sus átomos individuales: un protón y un electrón. Esto significa que los nuevos descubrimientos sobre el hidrógeno podrían afectar a casi todo lo demás en la física.

En este momento, es demasiado pronto para decir qué significa esta nueva fase de hidrógeno sólido, y se necesitan más experimentos y simulaciones para observarlo más de cerca. Sin embargo, el estudio de los planetas llenos de hidrógeno, como Júpiter y Saturno, es solo un área en la que esta comprensión adicional podría ser útil.

«Queremos entenderlo todo, así que tenemos que empezar con los sistemas que podemos atacar». Él dice Cibernéticamente. «El hidrógeno es simple, por lo que vale la pena saber que podemos manejarlo».

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Investigación publicada en Cartas de revisión física.

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