Некоторые эксперименты действительно трудно выполнить на практике. Чтобы получить детальное представление о поведении молекулярного водорода (H2), например, мы должны были бы производить такие высокие давления, как те, которые происходят в ядре газовых планет, таких как Юпитер и Сатурн или внутри звезд.
Если такие условия не могут быть созданы, следует использовать другой метод, чтобы имитировать поведение водорода на компьютере, однако модель должна быть точной. Группа ученых-исследователей из Международной школы передовых исследований (International School for Advanced Studies – SISSA) в Триесте использовала имитационную модель, которая является гораздо более точным методом, чем те, которые применялись ранее. Для подтверждения своей гипотезы о поведении водорода, ученые провели эксперимент.
"Мы работали над созданием этого метода моделирования в SISSA последние десять лет. Это очень точный метод, основанный на методе квантового Монте-Карло-семейства алгоритмов, но, как правило, ограничивается небольшим числом частиц. Мы же разработали метод для рассмотрения большого количество атомов и получили почти реалистичную ситуацию , что стало большим преимуществом нашего метода", – объясняет Сандро Сорелла, профессор SISSA и соавтор исследования.
"Мы использовали моделирование, чтобы проверить прогноз Вигнера и Хантингтона", – добавляет Гульельмо Маццола, соавтор статьи.
В 1935 Юджин Вигнер и Хиллард Белл Хантингтон предположили, что при очень высоких давлениях, когда водород делает переход от молекулярной фазы в атомную фазу (когда атомы находятся так близко друг к другу, что молекулярные структуры больше не могут быть различимы), водород приобретает металлические свойства.
"В последние годы, попытки проверить эту гипотезу экспериментально и теоретически давали противоречивые результаты в отношении давления, необходимого для достижения металлизации. Наше моделирование в жидкой фазе показывает, что мы, конечно, очень далеки от того, чтобы наблюдать этот переход экспериментально. По нашим данным, металлизация может иметь место только при давлениях, приближающихся к 500 ГПа. Это огромное значение, которое происходит только в самых внутренних слоях газообразных планет и не может быть достигнуто с имеющимся в настоящее время экспериментальным оборудованием", – комментирует Маццола.
"Детальное понимание фазовой диаграммы водорода важно не только для исследований в области астрофизики, но и для понимания того, как этот элемент действует и, например, при каких условиях он становится сверхпроводником", – заключает Sorella.
Исследование было проведено в сотрудничестве с передовым исследовательский институтом AICS - Riken в Токио, в котором содержатся вычислительные ресурсы одного из самых мощных суперкомпьютеров в мире – K-computer.
