Naukowcy znajdują dowody na nadciekłość materii neutronów o małej gęstości, wykorzystując wysoce elastyczne reprezentacje funkcji fal kwantowych w sieci neuronowej.
Przełomowe badanie z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych udoskonaliło naszą wiedzę na temat nadciekłości neutronów w gwiazdach neutronowych, proponując opłacalny model, który może konkurować z tradycyjnymi podejściami obliczeniowymi w przewidywaniu zachowania neutronów i pojawiających się zjawisk kwantowych.
Nadciekłość neutronów w gwiazdach neutronowych
Wewnętrzna skorupa a gwiazda neutronowa zawiera fascynujące zjawisko znane jako nadciekłość neutronów, podczas którego neutrony przepływają bez oporu ze względu na brak lepkości. Tradycyjnie badacze przewidują właściwości materii neutronowej o małej gęstości, zakładając, że neutrony łączą się w pary, tworząc „pary Coopera”, co jest podstawową koncepcją mechaniki kwantowej.
Jednak w tym badaniu przyjęto inne podejście i wykorzystano sztuczne sieci neuronowe do uzyskania dokładnych przewidywań bez polegania na tym założeniu. Udoskonalając standardowy model „pojedynczej cząstki”, badacze wprowadzili „ukryte” neutrony, które pośredniczą w interakcjach między „prawdziwymi” neutronami i wychwytują złożone kwantowe korelacje wielu ciał. Ta innowacyjna metoda umożliwia naturalne pojawianie się par Coopera podczas obliczeń, oferując nowy wgląd w kwantowe zachowanie materii neutronów.
Implikacje badań nadciekłości neutronów
Zrozumienie nadciekłości neutronów dostarcza ważnych informacji na temat gwiazd neutronowych. Rzuca światło na ich mechanizmy chłodzenia, rotację i zjawiska takie jak usterki — nagłe zmiany w szybkości rotacji. Chociaż naukowcy nie mogą bezpośrednio uzyskać eksperymentalnego dostępu do materii gwiazd neutronowych, podstawowe interakcje rządzące zachowaniem tej materii są takie same, jak te, które rządzą jądrami atomowymi na Ziemi.
Naukowcy pracują nad skonstruowaniem prostych, a jednocześnie przewidywalnych interakcji jądrowych. Dokładne rozwiązanie kwantowego problemu wielu ciał jest kluczową częścią oceny jakości tych interakcji. W tej pracy wykorzystano proste interakcje, które dobrze zgadzają się z wcześniejszymi obliczeniami, które zakładały znacznie bardziej złożone interakcje.
Zjawiska kwantowe w materii neutronowej o małej gęstości
Materia neutronowa o małej gęstości charakteryzuje się fascynującymi, powstającymi zjawiskami kwantowymi, takimi jak tworzenie się par Coopera i pojawienie się nadciekłości. Do badania tego reżimu gęstości badacze wykorzystali sztuczne sieci neuronowe wraz z zaawansowanymi technikami optymalizacji. Wykorzystując uproszczony model interakcji między neutronami, naukowcy obliczyli energię przypadającą na cząstkę i porównali wyniki z wynikami uzyskanymi na podstawie bardzo realistycznych interakcji. Podejście to jest konkurencyjne w stosunku do innych metod obliczeniowych za ułamek kosztów.
Odniesienie: „Rozcieńczona materia gwiazd neutronowych ze stanów kwantowych sieci neuronowej” Bryce Fore, Jane M. Kim, Giuseppe Carleo, Morten Hjorth-Jensen, Alessandro Lovato i Maria Piarulli, 31 lipca 2023 r., Badania dotyczące przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033062
Prace te są wspierane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii (DOE), Biuro Fizyki Jądrowej, Biuro Naukowe DOE, Biuro ds. Zaawansowanych Badań Naukowych w dziedzinie Obliczeń, program NUCLEI ds. Odkryć Naukowych poprzez Zaawansowane Obliczenia (SciDAC) oraz amerykański Narodowy Program Naukowy Fundacja. Do obliczeń numerycznych wykorzystano Laboratory Computing Resource Center w Argonne National Laboratory oraz komputery Argonne Leadership Computing Facility, obiektu użytkownika Departamentu Nauki DOE.
