Передовое научное исследование подтвердило удивительное сходство поведения проводящего флюида водорода при высоких давлениях с плазмой. Это открытие имеет колоссальное значение для развития термоядерного синтеза, изучения сверхпроводимости и углубления знаний о строении гигантских планет. Результаты исследования опубликованы в престижном издании The Journal of Chemical Physics.
Талантливые физики взялись за решение интригующей задачи — раскрыть тайну фазового перехода водородного флюида из молекулярной в проводящую форму. Важным прорывом 2020 года стало обнаружение необычного усиления диффузии водорода под высоким давлением. Поскольку традиционные методы оказались недостаточно информативными для определения показателей диффузии и вязкости, а прямые квантовые вычисления требовали огромных ресурсов, исследователи нашли блестящее решение. Они объединили возможности машинного обучения с классической молекулярной динамикой, что позволило достичь впечатляющей точности расчетов и детально изучить динамику водородного флюида в масштабных моделях.
Вячеслав Лукьянчук, перспективный молодой ученый из Центра вычислительной физики МФТИ, поделился: «Мы создали инновационный межатомный потенциал на основе квантовых расчетов, анализируя энергетические показатели и силы в различных системных конфигурациях при разных температурах и плотностях. Благодаря вкладу Николая Щелкачева из ИФВД РАН, который применил методику активного обучения для отбора наиболее сложных конфигураций, мы значительно повысили точность модели. В результате был разработан уникальный DeepMD-потенциал, способный молниеносно воспроизводить результаты квантовых расчетов.»
Созданный потенциал стал настоящим прорывом в области вычислительной физики. Он не только сохраняет безупречную точность квантовых расчетов, но и многократно ускоряет обработку данных для масштабных систем. Впервые удалось рассчитать вязкость горячего плотного водородного флюида — задача, которая ранее казалась невыполнимой из-за колоссальных вычислительных требований. Исследование показало fascinating pattern: вязкость существенно возрастает при фазовом переходе, после чего снижается с увеличением плотности, что удивительным образом напоминает поведение щелочных металлов.
Гинтарас Гляудялис, талантливый студент МФТИ, с энтузиазмом отметил: «Наши расчеты демонстрируют захватывающую динамику — при фазовом переходе вязкость водородного флюида сначала стремительно растет, а затем плавно снижается при дальнейшем повышении плотности.»
Николай Кондратюк, возглавляющий Центр вычислительной физики МФТИ, с оптимизмом смотрит в будущее: «Мы развиваем перспективную гипотезу о схожести поведения вязкости водородного флюида под высоким давлением с характеристиками щелочных расплавов. Это открывает захватывающие перспективы для дальнейших исследований.»
Полученные результаты убедительно доказывают существование фазового перехода первого рода в жидком водороде, сопровождающегося драматическими изменениями в плотности, диффузии и вязкости. Особенно впечатляет значительный рост коэффициента диффузии при температурах 700-900 К в точках фазового перехода. Эти изменения связаны с увеличением подвижности атомов из-за распада молекул водорода. Сравнение с теоретическими моделями и экспериментальными данными подтверждает высокую эффективность разработанного метода для моделирования водородного флюида.
Ильнур Саитов из Университета Л’Акуилы подчеркивает универсальность разработанного подхода: «Наша методика открывает новые горизонты в решении сложных задач, где прямые квантовые вычисления слишком ресурсоемки. Важно лишь правильно настроить потенциал под конкретную задачу на основе квантовых расчетов.»
Николай Кондратюк с воодушевлением делится планами: «Мы продолжим совершенствовать нашу модель, включая учет квантовых ядерных эффектов, расширение статистической базы, изучение изотопов водорода и применение нашего метода к другим водородсодержащим системам.»
Это выдающееся исследование — результат плодотворного сотрудничества ученых из ведущих научных центров: МФТИ, ОИВТ РАН, ИФВД РАН, Университета Л’Акуилы и НИУ ВШЭ.
Информация и фото предоставлены Центром научной коммуникации МФТИ
Источник: scientificrussia.ru
