우주에서 가장 흔한 형태의 수소는 무색무취의 기체도 아니고 지구상에 잘 알려진 물과 같은 수소를 함유한 분자도 아닙니다. 따뜻하고 밀도가 높은 수소를 구성하는 것은 별 와 행성. 어떤 상황에서는 이 수소가 금속처럼 전기를 전도할 수도 있습니다.
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)의 고급 시스템 이해 센터(CASUS)의 과학자들은 따뜻하고 밀도가 높은 수소를 그 어느 때보다 정확하게 설명하기 위해 중요한 진전을 이루었습니다. 그들은 난수를 기반으로 한 시뮬레이션 방법을 사용했습니다.
처음으로 그들의 접근 방식은 근본적인 문제를 해결할 수 있습니다. 전자의 양자 역학 많은 수소 원자가 행성 내부나 핵융합로에서 일반적으로 발견되는 조건에서 상호 작용할 때 발생합니다.
과학자들은 소위 QMC(Quantum Monte Carlo) 시뮬레이션을 통해 따뜻하고 밀도가 높은 수소의 특성을 정확하게 설명할 수 있음을 입증했습니다.
CASUS에서 박사 학위를 취득하려는 Böhme는 다음과 같이 말했습니다. “우리의 방법은 이전 접근 방식이 겪었던 근사치에 의존하지 않습니다. 대신 기본적인 양자 역학을 직접 계산하므로 매우 정확합니다. 그러나 우리의 접근 방식은 계산 집약적이므로 확장을 제한합니다. 가장 큰 슈퍼컴퓨터에 의존하더라도 우리는 두 자릿수 범위의 입자 수만 처리할 수 있습니다.”
주로 과학자들은 극한 조건에서 수소와 기타 물질의 특성을 밝히기 위해 시뮬레이션에 의존합니다. 인기있는 것 중 하나는 다음과 같습니다. 밀도 함수 이론 (DFT). 성공에도 불구하고 가열된 고밀도 수소는 적절하게 설명되지 않았습니다. 근본적인 타당성은 정확한 모델을 위해서는 따뜻하고 밀도가 높은 수소에서 전자가 어떻게 상호작용하는지에 대한 상세한 이해가 필요하다는 것입니다.
새로운 방법의 중요성은 광범위할 수 있습니다. PIMC와 DFT를 독창적으로 결합하면 PIMC 방법의 정밀도와 DFT 방법의 속도 및 적응성을 얻을 수 있어 훨씬 적은 계산 노력이 필요할 수 있습니다.
젊은 조사자 그룹 리더 토비아스 도른하임 박사 말했다, “지금까지 과학자들은 DFT 시뮬레이션에서 전자 상관 관계에 대한 신뢰할 수 있는 근사치를 찾기 위해 안개 속에서 헤매고 있었습니다. 극소수의 입자에 대한 PIMC 결과를 참조로 사용하여 이제 PIMC 결과와 일치할 때까지 DFT 시뮬레이션 설정을 조정할 수 있습니다. 향상된 DFT 시뮬레이션을 통해 우리는 수백에서 수천 개의 입자로 구성된 시스템에서 정확한 결과를 얻을 수 있을 것입니다.”
이 접근 방식을 적용함으로써 과학자들은 DFT를 크게 향상시켜 모든 종류의 물질 또는 재료의 동작에 대한 시뮬레이션을 향상시킬 수 있습니다. 기초 연구에서는 실험 물리학자들이 함부르크(독일) 근처의 유럽 X선 자유 전자 레이저 시설(유럽 XFEL), Linac Coherent Light Source와 같은 대규모 인프라에서 얻은 실증적 발견과 비교해야 하는 예측 시뮬레이션을 허용합니다. 멘로 파크에 있는 국립 가속기 연구소(LCLS) 또는 리버모어에 있는 로렌스 리버모어 국립 연구소(둘 다 미국)에 있는 국립 점화 시설(NIF).
저널 참조 :
- Maximilian Böhme, Zhandos A. Moldabekov 외. 따뜻하고 밀도가 높은 수소의 정적 전자 밀도 응답: Ab Initio 경로 적분 몬테 카를로 시뮬레이션. 물리. Lett. 129, 066402. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.066402
