Un equipo de físicos ha descubierto una nueva fase teórica peculiar del hidrógeno sólido utilizando técnicas de aprendizaje automático. El hallazgo podría mejorar nuestra comprensión de la materia, desde escalas microscópicas hasta el funcionamiento interno de planetas enteros. La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.
Los datos mostraban a las moléculas de hidrógeno en condiciones extremas, las cuales pasaron de ser esféricas, como una pila de naranjas, a tener una forma más ovalada, similar a la de varios huevos.
Por lo general, el hidrógeno se solidifica en condiciones de temperaturas extremadamente bajas y presiones altas. Fue durante una innovadora investigación de aprendizaje automático sobre la transición de fase que los científicos tropezaron con esta nueva configuración molecular.
El descubrimiento
Scott Jensen, físico de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, originalmente buscaba perfeccionar las teorías existentes, pero su equipo descubrió algo intrigante: un comportamiento nunca antes visto que se presentaba en condiciones de alta temperatura y presión, no detectado en teorías previas.
El algoritmo de inteligencia artificial actualizado desempeñó un papel crucial en el análisis. Permitió el modelado de miles de átomos, en contraste con los limitados cientos que se usan en mayoría de los estudios de fenómenos cuánticos.
Los autores utilizaron una versión mejorada de la técnica Quantum Monte Carlo (QMC). Este método emplea muestreo aleatorio y matemáticas de probabilidad para determinar el comportamiento de grandes grupos atómicos que serían difíciles de examinar en experimentos reales.
Para validar los resultados, se aplicó un segundo método computacional capaz de manejar más átomos, aunque con menos precisión. Los hallazgos coincidentes sugieren que la técnica QMC mejorada funciona según lo previsto.
Mejores modelos
David Ceperley, también físico de la misma universidad, destaca la importancia del aprendizaje automático en su investigación. En simulaciones previas, habían notado indicios de un nuevo comportamiento, pero la cantidad de átomos invoucrados no era suficiente para confiar en los resultados. El uso de la IA permitió mejorar la precisión y el alcance de las simulaciones, así se podrán refinar las predicciones futuras.
Importancia
El hidrógeno es el elemento más simple y más abundante del Universo, compuesto por un protón y un electrón. Por lo tanto, conocer nuevas cosas sobre él tendrá implicaciones significativas en la física en general.
Aún es pronto para determinar el significado exacto de la nueva fase de hidrógeno sólido descubierta, pues se requieren más experimentos y simulaciones. Sin embargo, los conocimientos obtenidos de esta investigación pueden aplicarse al estudio de planetas ricos en hidrógeno, como Júpiter y Saturno.
Ceperley enfatiza la importancia de comprenderlo todo, comenzando por sistemas que sean más accesibles. Dado que el hidrógeno es un elemento simple, es crucial establecer nuestra capacidad para analizarlo de manera efectiva.