Hidrojenin evrendeki en yaygın şekli, ne renkli ve kokusuz gaz ne de yeryüzünde bilinen su gibi hidrojen içeren moleküllerdir. Bunu oluşturan sıcak, yoğun hidrojendir. yıldızlar ve gezegenler. Hatta bazı durumlarda bu hidrojen metaller gibi elektriği bile iletebiliyor.
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf'taki (HZDR) Gelişmiş Sistemler Anlama Merkezi'ndeki (CASUS) bilim adamları, sıcak yoğun hidrojeni her zamanki kadar doğru bir şekilde tanımlamak için ileriye doğru önemli bir adım attılar. Rastgele sayılara dayalı bir simülasyon yöntemi kullandılar.
İlk kez onların yaklaşımı temel sorunu çözebiliyor elektronların kuantum dinamiği Birçok hidrojen atomu, genellikle gezegen içlerinde veya füzyon reaktörlerinde bulunan koşullar altında etkileşime girdiğinde.
Bilim insanları, sıcak yoğun hidrojenin özelliklerinin Kuantum Monte Carlo (QMC) adı verilen simülasyonlarla tam olarak tanımlanabileceğini gösterdi.
CASUS'taki çalışmasıyla doktorasını sürdüren Böhme şunları söyledi: "Bizim yöntemimiz daha önceki yaklaşımların uğradığı yaklaşımlara dayanmıyor. Bunun yerine doğrudan temel kuantum dinamiklerini hesaplıyor ve bu nedenle çok hassas. Ancak yaklaşımımız hesaplama açısından yoğun olduğundan ölçeklendirmeyi sınırlamaktadır. En büyük süper bilgisayarlara güvenmemize rağmen, yalnızca çift haneli aralıktaki parçacık sayılarını işleyebiliyoruz."
Bilim insanları öncelikle hidrojenin ve diğer maddelerin aşırı koşullar altındaki özelliklerini açıklamak için simülasyonlara güveniyor. Popüler olanlardan biri şu şekilde bilinir: Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT). Başarısına rağmen ısıtılmış yoğun hidrojen yeterince tanımlanmamıştır. Temel gerekçe, doğru modellerin, elektronların sıcak, yoğun hidrojende nasıl etkileşime girdiğinin ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını gerektirmesidir.
Yeni yöntemin önemi geniş olabilir. PIMC ve DFT'yi ustaca birleştirerek, PIMC yönteminin hassasiyetini ve çok daha az hesaplama çabası gerektiren DFT yönteminin hızını ve uyarlanabilirliğini elde etmek mümkün olabilir.
Genç Araştırmacı Grup Lideri Dr. Tobias Dornheim şuraya, "Şimdiye kadar bilim insanları, DFT simülasyonlarında elektron korelasyonları için güvenilir yaklaşımlar bulmak amacıyla sisin içinde dolaşıyorlardı. Çok az sayıda parçacık için PIMC sonuçlarını referans olarak kullanarak, artık DFT simülasyonlarının ayarlarını PIMC sonuçlarıyla eşleşene kadar ayarlayabilirler. Geliştirilmiş DFT simülasyonları ile yüzlerce, hatta binlerce parçacıktan oluşan sistemlerde kesin sonuçlar verebilmeliyiz."
Bilim insanları bu yaklaşımı benimseyerek DFT'yi önemli ölçüde geliştirebilir ve bu da her türlü madde veya malzemenin davranışının geliştirilmiş simülasyonlarına yol açabilir. Temel araştırmalarda, deneysel fizikçilerin Hamburg (Almanya) yakınlarındaki Avrupa X-Işını Serbest Elektron Lazer Tesisi (Avrupa XFEL), Linac Tutarlı Işık Kaynağı gibi büyük ölçekli altyapılardan elde ettikleri ampirik bulgularla karşılaştırmaları gereken tahmine dayalı simülasyonlara olanak tanıyacak. (LCLS) Menlo Park'taki Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda veya Livermore'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki Ulusal Ateşleme Tesisi'nde (NIF) (her ikisi de ABD).
Dergi Referans:
- Maximilian Böhme, Zhandos A. Moldabekov ve diğerleri. Sıcak Yoğun Hidrojenin Statik Elektronik Yoğunluk Tepkisi: Ab Initio Yol İntegral Monte Carlo Simülasyonları. Fizik Rev. Lett. 129, 066402.DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.066402
