En apprenant à une machine à apprendre quelques tours quantiques, les physiciens ont découvert une étrange nouvelle phase d’hydrogène sous forme solide. Bien que cette découverte soit pour l’instant purement théorique, elle pourrait nous aider à mieux comprendre le comportement de la matière de la plus petite des échelles à la mécanique interne des plus grandes planètes de l’univers.
Découverte par une équipe internationale de chercheurs, cette nouvelle phase d’hydrogène solide a suivi la démonstration du modèle des molécules d’hydrogène dans des conditions extrêmes : pour utiliser une analogie alimentaire, leur forme s’est transformée de sphères empilées comme une pile d’oranges en quelque chose qui ressemble beaucoup à des œufs.
L’hydrogène nécessite normalement des températures très basses et des pressions très élevées Forme solide. Grâce à une nouvelle étude d’apprentissage automatique de ce changement de phase particulier, les scientifiques ont découvert le nouvel arrangement moléculaire.
« Nous avons commencé avec l’objectif pas si ambitieux d’affiner la théorie de quelque chose que nous connaissons », Il dit Physicien Scott Jensen de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign.
« Malheureusement, ou peut-être heureusement, c’était plus intéressant que cela. Il y a eu l’émergence de ce nouveau comportement. En fait, c’était le comportement dominant à des températures et des pressions plus élevées, quelque chose dont il n’y avait aucune allusion dans l’ancienne théorie. »
L’algorithme d’apprentissage automatique mis à jour a joué un rôle important dans la recherche : il a pu modéliser les actions de milliers d’atomes plutôt que des centaines de nombreuses études de phénomènes quantiques.
Les chercheurs ont utilisé une version améliorée de ce qu’on appelle Quantique Monte-Carlo Technique QMC : Fondamentalement, elle utilise l’échantillonnage aléatoire et les mathématiques des probabilités pour voir comment de grands groupes d’atomes se comportent collectivement, des groupes difficiles à étudier dans une expérience réelle.
Une deuxième méthode de calcul – une autre capable de gérer plus d’atomes mais sans la précision – a été utilisée pour vérifier les résultats. Comme les résultats sont congruents, ils indiquent que la technologie QMC améliorée fonctionne comme prévu.
« L’apprentissage automatique s’avère nous apprendre beaucoup » Il dit Physicien David Siberly de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign. « Nous avions vu des signes de nouveau comportement dans les simulations précédentes, mais nous ne leur faisions pas confiance car nous ne pouvions accueillir qu’un petit nombre d’atomes. »
« Grâce à notre modèle d’apprentissage automatique, nous pouvons tirer pleinement parti des méthodes les plus précises et voir ce qui se passe réellement. »
En termes simples, le composant d’apprentissage automatique a amélioré la précision et la gamme de simulations que les scientifiques peuvent exécuter, en utilisant les données existantes et les simulations passées pour rendre les simulations futures plus précises en termes d’estimations.
L’hydrogène n’est pas seulement l’élément le plus abondant dans l’univers, mais c’est aussi le plus simple de tous en termes d’atomes individuels : un proton et un électron. Cela signifie que de nouvelles découvertes sur l’hydrogène pourraient affecter presque tout le reste de la physique.
À l’heure actuelle, il est trop tôt pour dire ce que signifie cette nouvelle phase d’hydrogène solide, et davantage d’expériences et de simulations sont nécessaires pour l’examiner de plus près. Cependant, l’étude des planètes remplies d’hydrogène telles que Jupiter et Saturne n’est qu’un domaine où cette compréhension supplémentaire pourrait être utile.
« Nous voulons tout comprendre, nous devons donc commencer par les systèmes que nous pouvons attaquer », Il dit Cyberly. « L’hydrogène est simple, il vaut donc la peine de savoir que nous pouvons le gérer. »
Recherche publiée dans Lettres d’examen physique.
