Fizikantët zbulojnë një fazë të re teorike të çuditshme të hidrogjenit

Duke përdorur një makinë për të mësuar disa truke kuantike, fizikantët kanë zbuluar një fazë të re të çuditshme të hidrogjenit në formë të ngurtë. Ndërsa tani për tani është thjesht teorik, zbulimi mund të na ndihmojë të kuptojmë më mirë sjelljen e materies nga shkallët më të vogla deri te mekanika e brendshme e planetëve më të mëdhenj në Univers.

Kjo fazë e re e ngurtë e hidrogjenit e zbuluar nga një ekip ndërkombëtar studiuesish ndoqi prezantimin e modelit të molekulave të hidrogjenit në kushte ekstreme: për të përdorur një analogji ushqimore, forma e tyre u shndërrua nga sfera të grumbulluara si një grumbull portokalli në diçka që i ngjante më shumë vezëve.

Hidrogjeni zakonisht kërkon temperatura shumë të ulëta dhe presione shumë të larta për të formuar një të ngurtë. Ishte përmes një studimi të ri të mësimit të makinerive të këtij ndryshimi të veçantë fazor që shkencëtarët takuan rregullimin e ri molekular.

“Ne filluam me qëllimin jo shumë ambicioz për të rafinuar teorinë e diçkaje që dimë”, thotë fizikanti Scott Jensen nga Universiteti i Illinois Urbana-Champaign.

“Fatkeqësisht, ose ndoshta për fat, ishte më interesante se kaq. U shfaq kjo sjellje e re. Në fakt, ishte sjellja dominuese në temperatura dhe presione të larta, diçka që nuk kishte asnjë aluzion në teoritë e vjetra.”

Një algoritëm i përditësuar i të mësuarit të makinerive luajti një rol të rëndësishëm në hulumtim: ai ishte në gjendje të modelonte veprimet e mijëra atomeve në vend të qindra studimeve kaq shumë të fenomeneve kuantike ku kufizohen.

Studiuesit përdorën një version të përmirësuar të asaj që njihet si teknika Quantum Monte Carlo (QMC): në thelb, ajo përdor kampionimin e rastësishëm dhe matematikën e probabilitetit për të përcaktuar se si grupe të mëdha atomesh po sillen në masë, grupe që do të ishte shumë e vështirë për t’u studiuar në një eksperiment i vërtetë.

Një metodë e dytë llogaritëse – një më e aftë për të trajtuar më shumë atome, por pa saktësi – u përdor më pas për të verifikuar rezultatet. Ndërsa gjetjet përputheshin, sugjeron se teknika e përmirësuar e QMC po funksionon siç synohet.

“Mësimi i makinës na mësoi shumë,” thotë fizikanti David Ceperley, nga Universiteti i Illinois Urbana-Champaign. “Ne kishim parë shenja të sjelljes së re në simulimet tona të mëparshme, por nuk u besuam atyre sepse mund të akomodonim vetëm një numër të vogël atomesh.”

“Me modelin tonë të mësimit të makinerive, ne mund të përfitojmë plotësisht nga metodat më të sakta dhe të shohim se çfarë po ndodh në të vërtetë.”

E thënë thjesht, komponenti i mësimit të makinerive përmirësoi saktësinë dhe shtrirjen e simulimeve që shkencëtarët mund të kryenin, duke përdorur të dhënat ekzistuese dhe simulimet e mëparshme për t’i bërë ato të ardhshme më të sakta për sa i përket vlerësimeve të tyre.

Jo vetëm që hidrogjeni është elementi më i bollshëm në Univers, por është edhe më i thjeshtë për sa i përket atomeve të tij individuale: një proton dhe një elektron. Kjo do të thotë se zbulimet e reja rreth hidrogjenit mund të ndikojnë pothuajse çdo gjë tjetër në fizikë.

Tani për tani, është shumë herët për të ditur se çfarë do të thotë kjo fazë e re e hidrogjenit të ngurtë dhe nevojiten më shumë eksperimente dhe simulime për ta parë atë më nga afër. Megjithatë, studimi i planetëve të mbushur me hidrogjen si Jupiteri dhe Saturni është vetëm një fushë ku ky kuptim shtesë mund të jetë i dobishëm.

“Ne duam të kuptojmë gjithçka, kështu që duhet të fillojmë me sisteme që mund të sulmojmë”, thotë Ceperley. “Hidrogjeni është i thjeshtë, kështu që ia vlen të dimë se ne mund të përballemi me të.”