Físicos descobrem um estranho novo estágio teórico para o hidrogênio: ScienceAlert

Ao ensinar uma máquina a aprender alguns truques quânticos, os físicos descobriram uma estranha nova fase de hidrogênio na forma sólida. Embora essa descoberta seja puramente teórica por enquanto, ela pode nos ajudar a entender melhor o comportamento da matéria, desde a menor das escalas até a mecânica interna dos maiores planetas do universo.

Descoberto por uma equipe internacional de pesquisadores, essa nova fase de hidrogênio sólido seguiu a demonstração do modelo de moléculas de hidrogênio em condições extremas: para usar uma analogia alimentar, sua forma se transformou de esferas empilhadas como uma pilha de laranjas em algo muito parecido com ovos.

O hidrogênio normalmente requer temperaturas muito baixas e pressões muito altas Forma sólida. Por meio de um novo estudo de aprendizado de máquina dessa mudança de fase específica, os cientistas descobriram o novo arranjo molecular.

Padrões moleculares padrão (à esquerda) e novos (à direita) em hidrogênio sólido. (Wesley Moore)

“Começamos com o objetivo não tão ambicioso de refinar a teoria de algo que conhecemos”, Ele diz Físico Scott Jensen da Universidade de Illinois Urbana-Champaign.

“Infelizmente, ou talvez felizmente, foi mais interessante do que isso. Houve o surgimento desse novo comportamento. Na verdade, esse era o comportamento dominante em temperaturas e pressões mais altas, algo que não havia indícios na velha teoria.”

O algoritmo de aprendizado de máquina atualizado desempenhou um papel importante na pesquisa: foi capaz de modelar as ações de milhares de átomos, em vez de centenas de numerosos estudos de fenômenos quânticos.

Os pesquisadores usaram uma versão melhorada do que é conhecido como Monte Carlo Quântico Técnica QMC: Basicamente, usa amostragem aleatória e matemática de probabilidade para ver como grandes grupos de átomos se comportam coletivamente, grupos que são difíceis de estudar em um experimento real.

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Um segundo método computacional – mais um capaz de lidar com mais átomos, mas sem a precisão – foi usado para verificar os resultados. Como os resultados são congruentes, eles indicam que a tecnologia QMC aprimorada está funcionando conforme o esperado.

“O aprendizado de máquina acaba nos ensinando muito”, Ele diz Físico David Siberly da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. “Tínhamos visto sinais de novo comportamento em simulações anteriores, mas não confiávamos neles porque só podíamos acomodar um pequeno número de átomos”.

“Com nosso modelo de aprendizado de máquina, podemos aproveitar ao máximo os métodos mais precisos e ver o que realmente está acontecendo”.

Simplificando, o componente de aprendizado de máquina melhorou a precisão e o alcance das simulações que os cientistas podem executar, usando dados existentes e simulações anteriores para tornar as simulações futuras mais precisas em termos de suas estimativas.

O hidrogênio não é apenas o elemento mais abundante no universo, mas também é o mais simples de todos em termos de seus átomos individuais: um próton e um elétron. Isso significa que novas descobertas sobre o hidrogênio podem afetar quase tudo na física.

No momento, é muito cedo para dizer o que significa essa nova fase de hidrogênio sólido, e mais experimentos e simulações são necessários para analisá-lo mais de perto. No entanto, o estudo de planetas cheios de hidrogênio, como Júpiter e Saturno, é apenas uma área em que esse entendimento adicional pode ser útil.

“Queremos entender tudo, então temos que começar com os sistemas que podemos atacar”, disse. Ele diz Cyberly. “O hidrogênio é simples, então vale a pena saber que podemos lidar com isso.”

Pesquisa publicada em Cartas de revisão física.

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