Fenomenul bizar din interiorul planetelor uriașe, dezvăluit cu ajutorul inteligenței artificiale
Hidrogenul metalic dens – o fază a hidrogenului care se comportă ca un conductor electric – alcătuiește interiorul planetelor uriașe, dar este dificil de studiat și înțeles.
Cu ajutorul inteligenței artificiale și mecanicii cuantice, cercetătorii au descoperit modul în care hidrogenul devine un metal în condițiile de presiune extremă a acestor planete.
Cercetătorii, de la Universitatea din Cambridge, IBM Research și EPFL, au folosit tehnicile de învățare automată pentru a imita interacțiunile dintre atomii de hidrogen, depășind astfel limitele de dimensiune și timp chiar și a celor mai puternice supercomputere.
Au descoperit că reacția nu are loc printr-o tranziție bruscă sau de ordinul întâi, ci hidrogenul se schimbă într-un mod lin și gradat.
Hidrogenul, format dintr-un proton și un electron, este atât elementul cel mai simplu, cât și cel mai abundent din Univers. Este componenta dominantă a interiorului planetelor uriașe din sistemul nostru solar, precum și al exoplanetelor.
La suprafeța planetelor gigantice, hidrogenul rămâne un gaz molecular. Cu toate acestea, deplasându-se mai adânc în interiorul planetelor uriașe, presiunea crește la niveluri incredibile. Sub această compresie extremă, hidrogenul suferă o tranziție de fază: legăturile covalente din interiorul moleculelor de hidrogen se rup, iar gazul devine un metal conductor.
„Existența hidrogenului metalic a fost teoretizată în urmă cu un secol, dar ceea ce nu am știut este modul în care are loc acest proces, din cauza dificultăților de recreare a condițiilor extreme de presiune din interiorul unei planete gigantice într-un cadru de laborator”, a declarat autorul principal Dr. Bingqing Cheng de la Cambridge Cavendish Laboratory.
În studiul teoretic actual, Cheng și colegii ei au folosit învățarea automată pentru a imita interacțiunile dintre atomii de hidrogen, pentru a depăși limitele calculelor mecanice cuantice directe.
„Am ajuns la o concluzie surprinzătoare și am găsit dovezi pentru o tranziție continuă în fluidul dens de hidrogen, în loc de tranziția de ordinul întâi, care era estimată până acum de specialiști”, a explicat Cheng.
Tranziția este lină, deoarece „punctul critic” asociat este ascuns. Punctele critice sunt omniprezente în toate tranzițiile de fază dintre fluide: toate substanțele care pot exista în două stări au puncte critice.
Un sistem cu un punct critic expus, cum ar fi cel pentru vapori și apă lichidă, are faze clar distincte. Cu toate acestea, fluidul dens de hidrogen, cu punctul critic ascuns, se poate transforma treptat și continuu între fazele moleculare și cele atomice.
Mai mult, acest punct critic ascuns induce și alte fenomene neobișnuite, inclusiv densitatea și capacitatea maximă de căldură.
Descoperirea despre tranziția continuă oferă un nou mod de a interpreta corpul contradictoriu de experimente pe hidrogen dens. Ca următor pas, cercetătorii își propun să răspundă la numeroasele întrebări deschise referitoare la diagrama fazelor solide a hidrogenului dens.