Физики изучили свойства флюида водорода при высоких давлениях при помощи машинного обучения
Ученые подтвердили, что поведение проводящего флюида водорода при высоких давлениях подобно плазме. Понимание поведения водорода в критических условиях необходимо для исследований в области термоядерного синтеза, сверхпроводимости и получения представлений об устройстве планет-гигантов.
Работа опубликована в The Journal of Chemical Physics. Физики поставили перед собой задачу определить природу фазового перехода флюида водорода из молекулярной фазы в проводящую (металлическую). В 2020 году из теоретико-вычислительных работ стало известно, что при высоком давлении у водорода наблюдается аномальный рост диффузии. Однако из экспериментальных данных не получается определить коэффициенты диффузии и вязкости. А прямые ab initio расчеты затратны по вычислительным ресурсам и времени. Поэтому исследователи решили применить комбинацию методов машинного обучения и классической молекулярной динамики. Такой подход позволил получить точность ab initio расчетов и изучить динамические свойства флюида водорода в больших моделях.
«Для построения межатомного потенциала мы собрали данные ab initio расчетов: энергии и силы для разных конфигураций систем при различных температурах и плотностях. Наш соавтор Николай Щелкачев (ИФВД РАН) в режиме активного обучения отобрал конфигурации с наибольшей ошибкой предсказания и к ним провел дополнительные расчеты для улучшения точности модели. На выходе у нас получился DeepMD-потенциал — функция энергии системы от координат всех атомов. Он воспроизводит результаты ab initio расчетов, но значительно быстрее», — объяснил Вячеслав Лукьянчук, младший научный сотрудник Центра вычислительной физики, ассистент кафедры вычислительной физики МФТИ.
Разработанный потенциал сохраняет точность квантовых расчетов и на порядки ускоряет вычисления для большого числа частиц. Также он предоставляет данные о колебательных спектрах, коэффициентах диффузии и вязкостях в диапазонах температур и плотностей. С его помощью ученые впервые рассчитали вязкость плотного разогретого флюида водорода, что ранее было недоступно из-за больших затрат вычислительных ресурсов. Оказалось, что она значительно увеличивается при фазовом переходе, а затем снижается с дальнейшим ростом плотности. Это все соответствует тенденциям, наблюдаемым в щелочных металлах, таких как литий.
«По данным наших расчетов оказалось, что при фазовом переходе вязкость флюида водорода значительно увеличивается, а затем спадает с дальнейшим ростом плотности», — рассказал Гинтарас Гляудялис, студент четвертого курса ЛФИ МФТИ.
«Мы разрабатываем идею о том, что вязкость флюида водорода при высоких давлениях может вести себя так же, как и у щелочных расплавов. Это будет проверено в наших будущих исследованиях», — рассказал Николай Кондратюк, исполнительный директор Центра вычислительной физики МФТИ.
Расчет подтверждает существование фазового перехода первого рода в жидком водороде, сопровождающегося резким изменением плотности, диффузии и вязкости. Результаты показывают значительное увеличение коэффициента диффузии при температурах 700, 800 и 900 К и соответствующих им плотностей фазового перехода. Такие изменение связаны с увеличением подвижности атомов, вызванное диссоциацией молекул водорода. Полученная картина сравнивалась с исследованиями теории функционала плотности и экспериментальными данными. Они демонстрируют согласованность, подтверждая эффективность разработанного потенциала для моделирования флюида водорода.
«Используемый подход универсален и подходит для широкого круга задач, где прямые квантовые расчеты слишком громоздки. Однако потенциал необходимо «обучать» под конкретную задачу, собрав статистику ab initio расчетов», — комментирует Ильнур Саитов, сотрудник Университета Л’Акуилы.
«Мы планируем дальнейшее совершенствование модели, а именно: учет квантовых ядерных эффектов, добавление большей статистики в обучающую выборку, расчет для изотопов водорода и применение аналогичного подхода к другим водородсодержащим системам», — подытоживает Николай Кондратюк.
В работе участвовали ученые из МФТИ, Объединенного института высоких температур РАН, Института физики высоких давлений РАН, Университета Л’Акуилы (Италия), НИУ ВШЭ.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно