В МФТИ впервые выполнили моделирование миллиона частиц
Ученые из МФТИ нашли математически обоснованное и вычислительно эффективное решение проблемы дальнодействия в плазме. Им впервые удалось выполнить моделирование взаимодействия миллиона частиц в такой системе.
Работа опубликована в журнале Physical Review E. По современным представлениям, более 99 процентов барионного вещества (таковым называется вещество, основой которого являются барионы — тяжелые элементарные частицы, включающие протоны и нейтроны, вместе называемые нуклонами, и ряд короткоживущих частиц, которые при распаде порождают протоны; все вещество, с которым мы имеем дело и из которого сами состоим, является барионным) во Вселенной представляет собой плазму в различных физических условиях, в том числе в экстремальных. Такие условия наблюдаются в центре Юпитера (для ионов водорода), в ядрах белых карликов (для ионов гелия, углерода и кислорода) и в коре нейтронных звезд (для ионов железа, например).
Для понимания происходящих там физических процессов ученые моделируют поведение частиц, из которых состоит плазма. Подобные экстремальные системы могут быть описаны как однокомпонентная плазма точечных ядер (ионов), заключенных в почти однородное море электронов или однородный нейтрализующий фон. С другой стороны, необходимо учитывать дальнодействующее кулоновское взаимодействие между ионами. Это вызывает значительные трудности при численном моделировании.
Решение этой проблемы было предложено Паулем Эвальдом еще в 1921 году, но метод оказался весьма трудоемким даже для современных компьютеров. По этой причине даже в такой простейшей модели плазмы численное моделирование до недавнего времени производилось не более чем для десятков тысяч частиц, а первый расчет в 1966 году включал в себя не более нескольких сотен. Однако точность получаемых физических свойств зависит от числа частиц, рассмотренных в расчете: чем их больше, тем более точным является предсказание макроскопических свойств плазмы.
Физики МФТИ впервые выполнили моделирование однокомпонентной плазмы с миллионом частиц. Они решили эту задачу, получив новое аналитическое выражение для потенциала Эвальда, усредненного по всем направлениям. Расчеты проводились на суперкомпьютере ОИВТ РАН.
Георгий Демьянов, аспирант Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ, рассказывает: «Полученные результаты хорошо согласуются как с теоретическими данными, так и с предыдущими численными расчетами. Найденный нами метод оказался очень эффективным: скорость расчета получилась как минимум на два порядка выше расчетов с традиционным потенциалом Эвальда.
Этот результат играет большую роль в астрофизике. Ученых интересуют прежде всего свойства в термодинамическом пределе. Это значит, что результат применим к макроскопическим системам. Мы считаем, что расчет с миллионом частиц решает данную проблему и позволяет получить финальный результат с любой заданной точностью».
Павел Левашов, заместитель заведующего кафедрой физики высокотемпературных процессов МФТИ, дополняет: «Разработанный нами метод позволит уточнить имеющиеся свойства классической однокомпонентной плазмы, например точно рассчитать ее параметры плавления». Кроме того, метод может быть применим к аналогу однокомпонентной плазмы в квантовой механике (модель «желе», введенная Юджином Вигнером в 1938 году).
Взаимодействие частиц в этой системе устроено аналогично однокомпонентной плазме. Моделирование такой системы позволяет узнать отличие точной энергии многочастичной системы от энергии, рассчитанной одночастичным методом Хартри. Эта энергия называется обменно-корреляционным функционалом и широко используется при расчетах методом функционала плотности.
Павел Левашов утверждает: «Результаты работы открывают перспективы увеличения числа частиц при моделировании квантовой однокомпонентной плазмы, что представляет большой интерес для разработки новых обменно-корреляционных функционалов с явной зависимостью от температуры».
Telegram 
Дзен 
VK Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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