宇宙中氢最常见的形式既不是无色无味的气体，也不是地球上众所周知的水等含氢分子。它是由温暖而致密的氢构成的 星星 和 行星。在某些情况下，这种氢甚至可以像金属一样导电。
亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心 (HZDR) 高级系统理解中心 (CASUS) 的科学家们在一如既往地准确描述温暖的致密氢方面迈出了重要的一步。他们使用了基于随机数的模拟方法。
他们的方法第一次可以解决根本问题 电子的量子动力学 当许多氢原子在行星内部或聚变反应堆中常见的条件下相互作用时。
科学家们证明，可以通过所谓的量子蒙特卡罗（QMC）模拟精确描述热致密氢的特性。
Böhme 在 CASUS 攻读博士学位，他说： “我们的方法不依赖于先前方法所遭受的近似。相反，它直接计算基本的量子动力学，因此非常精确。然而，我们的方法限制了扩展，因为它的计算量很大。即使依靠最大的超级计算机，我们也只能处理两位数范围内的粒子数。”
科学家主要依靠模拟来阐明氢和其他物质在极端条件下的特性。一种流行的称为 密度泛函理论 （密度泛函变换）。尽管取得了成功，但加热的浓氢尚未得到充分的描述。基本的理由是，准确的模型需要详细了解电子如何在温暖、致密的氢中相互作用。
新方法的意义可能是广泛的。通过巧妙地将PIMC和DFT结合起来，可以获得PIMC方法的精度和DFT方法的速度和适应性，而所需的计算量要少得多。
青年研究员小组组长 Tobias Dornheim 博士 说过, “到目前为止，科学家们一直在迷雾中摸索，在 DFT 模拟中寻找可靠的电子关联近似值。使用极少数粒子的 PIMC 结果作为参考，他们现在可以调整 DFT 模拟的设置，直到与 PIMC 结果匹配。通过改进的 DFT 模拟，我们应该能够在数百甚至数千个粒子的系统中产生精确的结果。”
通过采用这种方法，科学家可以显着增强 DFT，从而改进对任何种类物质或材料行为的模拟。在基础研究中，它将允许实验物理学家进行预测模拟，将其与大型基础设施的经验结果进行比较，例如汉堡（德国）附近的欧洲 X 射线自由电子激光设施（欧洲 XFEL）、直线加速器相干光源位于门洛帕克的国家加速器实验室（LCLS）或位于利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）（均为美国）。
杂志参考：
- Maximilian Böhme、Zhandos A. Moldabekov 等人。热致密氢的静态电子密度响应：从头算路径积分蒙特卡罗模拟。 物理学。 牧师 129, 066402. 内政部： 10.1103 / PhysRevLett.129.066402
