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 Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
Старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко проанализировал принципы работы одежды с маркировкой UPF — технологии, которая блокирует до 98% ультрафиолетового излучения. В отличие от солнцезащитного крема, такая защита не смывается водой и действует весь день, но при этом требует правильного выбора материала. Эксперт развеял популярные мифы: почему мокрая хлопковая футболка не спасает от ожогов, можно ли загореть в UPF-купальнике и зачем горнолыжной куртке защита от солнца.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
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.
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.
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