Fisikawan menemukan tahap teoretis baru yang aneh untuk hidrogen: ScienceAlert

Dengan mengajari mesin untuk mempelajari beberapa trik kuantum, fisikawan telah menemukan fase baru yang aneh dari hidrogen dalam bentuk padat. Sementara penemuan ini murni teoretis untuk saat ini, ini dapat membantu kita lebih memahami perilaku materi dari skala terkecil hingga mekanika internal planet terbesar di alam semesta.

Ditemukan oleh tim peneliti internasional, fase baru hidrogen padat ini mengikuti demonstrasi model molekul hidrogen dalam kondisi ekstrem: Untuk menggunakan analogi makanan, bentuknya berubah dari bola yang ditumpuk seperti tumpukan jeruk menjadi seperti telur.

Hidrogen biasanya membutuhkan suhu yang sangat rendah dan tekanan yang sangat tinggi Bentuk padat. Melalui studi pembelajaran mesin baru tentang perubahan fase khusus ini, para ilmuwan telah menemukan susunan molekul baru.

“Kami mulai dengan tujuan yang tidak terlalu ambisius untuk menyempurnakan teori dari sesuatu yang kami ketahui,” Dia berkata Fisikawan Scott Jensen dari University of Illinois Urbana-Champaign.

“Sayangnya, atau mungkin untungnya, itu lebih menarik dari itu. Munculnya perilaku baru ini. Faktanya, ini adalah perilaku dominan pada suhu dan tekanan yang lebih tinggi, sesuatu yang tidak ada petunjuknya dalam teori lama.”

Algoritme pembelajaran mesin yang diperbarui memainkan peran penting dalam penelitian: ia mampu memodelkan tindakan ribuan atom daripada ratusan studi fenomena kuantum.

Para peneliti menggunakan versi perbaikan dari apa yang dikenal sebagai Kuantum Monte Carlo Teknik QMC: Pada dasarnya, ini menggunakan pengambilan sampel acak dan matematika probabilitas untuk melihat bagaimana kelompok besar atom berperilaku secara kolektif, kelompok yang sulit dipelajari dalam percobaan yang sebenarnya.

Metode komputasi kedua—satu lagi yang mampu menangani lebih banyak atom tetapi tanpa presisi—digunakan untuk memverifikasi hasilnya. Karena hasilnya kongruen, mereka menunjukkan bahwa teknologi QMC yang ditingkatkan berfungsi sebagaimana mestinya.

“Pembelajaran mesin ternyata mengajari kita banyak hal,” Dia berkata Fisikawan David Siberly dari University of Illinois Urbana-Champaign. “Kami telah melihat tanda-tanda perilaku baru dalam simulasi sebelumnya, tetapi kami tidak mempercayainya karena kami hanya dapat menampung sejumlah kecil atom.”

“Dengan model pembelajaran mesin kami, kami dapat memanfaatkan sepenuhnya metode yang paling akurat dan melihat apa yang sebenarnya terjadi.”

Sederhananya, komponen pembelajaran mesin telah meningkatkan akurasi dan jangkauan simulasi yang dapat dijalankan oleh para ilmuwan, menggunakan data yang ada dan simulasi sebelumnya untuk membuat simulasi mendatang lebih akurat dalam hal perkiraannya.

Hidrogen bukan hanya unsur yang paling melimpah di alam semesta, tetapi juga yang paling sederhana dari semua atomnya: satu proton dan satu elektron. Ini berarti penemuan baru tentang hidrogen dapat memengaruhi hampir semua hal lain dalam fisika.

Saat ini, masih terlalu dini untuk mengatakan apa arti fase baru hidrogen padat ini, dan diperlukan lebih banyak eksperimen dan simulasi untuk melihatnya lebih dekat. Namun, studi tentang planet yang dipenuhi hidrogen seperti Jupiter dan Saturnus hanyalah salah satu bidang di mana pemahaman tambahan ini dapat bermanfaat.

“Kami ingin memahami semuanya, jadi kami harus mulai dengan sistem yang bisa kami serang,” Dia berkata Cyberly. “Hidrogen itu sederhana, jadi perlu diketahui bahwa kita bisa mengatasinya.”

Riset dipublikasikan di Surat pemeriksaan fisik.