هیدروژن فلزی متراکم است که مانند هادی الکتریکی رفتار می کند و فضای داخلی سیارات غول پیکر را تشکیل می دهد. محققان با ترکیب هوش مصنوعی و مکانیک کوانتوم دریافتند که چگونه هیدروژن در شرایط فشار شدید این سیارات به فلز تبدیل می شود.
محققان دانشگاه کمبریج ، از یادگیری ماشین برای تقلید از فعل و انفعالات بین اتم های هیدروژن استفاده کردند تا از محدودیت های اندازه و مقیاس زمانی عبور کنند. آنها دریافتند که هیدروژن به جای اینکه به صورت ناگهانی به فلز تبدیل شود، به روشی آرام و تدریجی تغییر می کند. نتایج در ژورنال Nature گزارش شده است.
هیدروژن متشکل از یک پروتون و یک الکترون است که ساده ترین و فراوان ترین عنصر در جهان است. این عنصر جز ترکیبات غالب فضای داخلی سیارات غول پیکر در منظومه شمسی ما ( مشتری ، زحل ، اورانوس و نپتون ) و همچنین سیارات فراخورشیدی است.
در سطح سیارات غول پیکر ، هیدروژن در حالت گازی است اما با رفتن به اعماق فضای داخلی سیارات غول پیکر ، فشار بیشتر می شود و تحت این فشار شدید، هیدروژن در یک مرحله با شکسته شدن پیوندهای کووالانسی درون مولکول های هیدروژن ، از گاز به حالت فلزی تبدیل می شود.
محققان با استفاده از سلول سندان الماس که در آن دو الماس، فشار زیادی را به یک نمونه محدود وارد می کنند در تلاش برای بررسی هیدروژن متراکم بودند. اگرچه الماس سخت ترین ماده روی زمین است اما تحت فشار شدید و دمای بالا به خصوص در تماس با هیدروژن، الماس می شکند.
اگرچه حرکت اتم های هیدروژن را می توان با استفاده از معادلات مبتنی بر مکانیک کوانتوم حل کرد، اما قدرت محاسباتی مورد نیاز برای محاسبه رفتار سیستم های بیش از چند هزار اتم در زمان نانو ثانیه، از توانایی بزرگترین و سریعترین ابر رایانه های جهان خارج بود.
معمولاً فرض بر این است که انتقال هیدروژن متراکم مرتبه اول است و با تغییرات ناگهانی در کلیه خصوصیات فیزیکی همراه است. یک مثال معمول از انتقال فاز مرتبه اول ، جوشاندن آب مایع است که هنگام بخار مایع ، علی رغم ثابت ماندن دما و فشار ، شکل ظاهری و رفتاری آن کاملاً تغییر می کند.
در مطالعه نظری فعلی ، چنگ و همکارانش برای غلبه بر محدودیت های محاسبات مستقیم مکانیکی کوانتوم ، از یادگیری ماشین با هوش مصنوعی برای تقلید از فعل و انفعالات بین اتم های هیدروژن استفاده کردند.
چنگ گفت: انتقال کاملاً روان است زیرا “نقطه بحرانی” پنهان است. نقاط بحرانی در همه انتقالهای فاز بین مایعات در همه جا وجود دارد و تمام موادی که می توانند در دو مرحله وجود داشته باشند دارای نقاط بحرانی هستند. سیستمی با یک نقطه بحرانی ، مانند سیستم بخار و آب مایع ، دارای فازهای مشخصی است.
با این حال، مایع هیدروژن متراکم با نقطه بحرانی پنهان، می تواند به تدریج و به طور مداوم بین مراحل مولکولی و اتمی تبدیل شود. بعلاوه این نقطه بحرانی پنهان، سایر پدیده های غیرمعمول نظیر چگالی و حداکثر ظرفیت گرما را نیز شامل می شود.
یافته های مربوط به انتقال مداوم، روش جدیدی را برای تفسیر متناقض آزمایشات روی هیدروژن متراکم را فراهم می کند. این امر همچنین به معنی انتقال آرام بین لایه های عایق و فلز در سیارات گازی غول پیکر است.
این مطالعه بدون ترکیب یادگیری ماشین با مکانیک کوانتوم و مکانیک آماری امکان پذیر نخواهد بود. بدون هیچ تردیدی ، این روش بینش های فیزیکی بیشتری را در مورد سیستم های هیدروژنی در آینده کشف خواهد کرد. به عنوان گام بعدی، محققان قصد دارند با استفده از هوش مصنوعی به بسیاری از سوالات در مورد نمودار فاز جامد هیدروژن متراکم پاسخ دهند.
منبع: phys
