Fizikçiler, Hidrojenin Garip Yeni Bir Teorik Aşamasını Keşfetti

Fizikçiler, bir makineye birkaç kuantum numarası öğreterek, hidrojenin katı haldeki yeni ve garip bir fazını ortaya çıkardılar. Şimdilik tamamen teorik olsa da, keşif, Evrendeki en küçük ölçeklerden en büyük gezegenlerin iç mekaniğine kadar maddenin davranışını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Uluslararası bir araştırma ekibi tarafından keşfedilen bu yeni katı hidrojen fazı, modelin aşırı koşullar altındaki hidrojen moleküllerini sunumunu takip etti: bir benzetmesi olması için, şekilleri bir yığını istiflenmiş gibi görünen yumurtalara benzeyen bir şeye dönüştü.

Hidrojen tipik olarak bir katı oluşturmak için çok düşük sıcaklıklar ve çok yüksek basınçlar gerektirir. Bilim insanlarının yeni moleküler düzenlemeyle karşılaşması, bu özel faz değişiminin yeni bir makine öğrenimi çalışması aracılığıyla gerçekleşti.

Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'nden fizikçi Scott Jensen, "Hakkında bildiğimiz bir şeyin teorisini geliştirmek gibi çok iddialı olmayan bir hedefle başladık" diyor.

"Maalesef ya da belki de neyse ki, durum bundan daha ilginçti. Ortaya çıkan bu yeni davranış vardı. Aslında, yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda baskın davranıştı, eski teoride hiçbir ipucu olmayan bir şeydi."

Güncellenmiş bir makine öğrenimi algoritması, araştırmada önemli bir rol oynadı: Kuantum fenomeni üzerine yapılan yüzlerce çalışmanın sınırlı olduğu durumlardan ziyade binlerce atomun eylemlerini modelleyebildi.

Araştırmacılar, Kuantum Monte Carlo (QMC) tekniği olarak bilinen tekniğin geliştirilmiş bir versiyonunu kullandılar: esasen, büyük atom gruplarının kütle halinde nasıl davrandığını çözmek için rastgele örnekleme ve olasılık matematiği kullanır.

Daha sonra sonuçları doğrulamak için ikinci bir hesaplama yöntemi - daha fazla atomu daha iyi işleyebilen ancak doğruluk olmadan - kullanıldı. Bulgular eşleştiğinde, geliştirilmiş QMC tekniğinin amaçlandığı gibi çalıştığını gösteriyor.

Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'nden fizikçi David Ceperley, "Makine öğreniminin bize çok şey öğrettiği ortaya çıktı" diyor. "Önceki simülasyonlarımızda yeni davranış belirtileri görüyorduk, ancak onlara güvenmedik çünkü yalnızca az sayıda atomu barındırabiliyorduk."

"Makine öğrenimi modelimiz sayesinde, en doğru yöntemlerden tam anlamıyla yararlanabiliyor ve gerçekte neler olup bittiğini görebiliyoruz."

Basitçe söylemek gerekirse, makine öğrenimi bileşeni, bilim adamlarının tahminleri açısından gelecektekileri daha kesin hale getirmek için mevcut verileri ve önceki simülasyonları kullanarak çalıştırabilecekleri simülasyonların doğruluğunu ve kapsamını iyileştirdi.

Hidrojen evrendeki en bol element olmasının yanı sıra, atomları açısından da en basit elementtir: bir proton ve bir elektron. Bu, hidrojen hakkındaki yeni keşiflerin fizikteki hemen hemen her şeyi etkileyebileceği anlamına gelir.

Şimdilik, katı hidrojenin bu yeni fazının ne anlama geldiğini bilmek için çok erken ve ona daha yakından bakmak için daha fazla deney ve simülasyon gerekiyor. Bununla birlikte, Jüpiter ve Satürn gibi hidrojenle dolu gezegenlerin incelenmesi, bu ekstra anlayışın yararlı olabileceği alanlardan yalnızca biridir.

Araştırma, Physical Review Letters'da yayınlandı.