Forscher verwendeten einen Supercomputer, um den Kibble-Zurek-Mechanismus, den Quanteneffekt, zu testen.
Wenn Sie die Bewegung von einem berechnen möchtenBillardkugel, es ist relativ einfach. Viel schwieriger ist es, die Flugbahnen unzähliger Gasteilchen in einem Schiff vorherzusagen, die ständig kollidieren, abgebremst und abgelenkt werden. Noch schwieriger ist es, das Verhalten von Quantenteilchen vorherzusagen. Kein Wunder, dass selbst die leistungsstärksten Supercomputer dieser Aufgabe nicht gewachsen sind.
Um diese Aufgabe zu vereinfachen, verwendeten Wissenschaftlerkünstliche neuronale Netze, um den Unsicherheitsgrad der Aufgabe zu reduzieren und sie in eine Form umzuformulieren, die mit modernen Computerwerkzeugen gelöst werden kann.
Schematische Darstellung eines Phasenübergangs in einem zweidimensionalen System mit Spin 1/2. Bild: Markus Schmitt et al., Science Advances
Mit dieser Methode untersuchten Wissenschaftler das Wichtigeeine theoretische Vorhersage, die bisher nicht berechnet werden konnte: der quantenmechanische Mechanismus von Kibble-Zurek. Sie beschreibt das dynamische Verhalten physikalischer Systeme während des sogenannten Quantenphasenübergangs. Die offensichtlichsten davon: eine Änderung des Aggregatzustands eines Stoffes oder der Eigenschaftsverlust eines Magneten bei Erwärmung.
Zum Beispiel, wenn das Material entmagnetisiert wirdabkühlen, dann kehren seine Eigenschaften ab einer bestimmten Temperatur zurück. Dieser Moment wird Phasenübergang genannt. Darüber hinaus geschieht dies im gesamten Material ungleichmäßig. Stattdessen werden viele kleine Magnete gleichzeitig erzeugt, deren Pole in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Physiker nennen dieses „Mosaik aus Magneten“ Defekte.
Der Kibble-Zurek-Mechanismus wurde ursprünglich eingeführtum die Entstehung der Struktur des Universums zu erklären. Nach dem Urknall war es homogen, aber als es abkühlte, begannen sich darin Defekte zu bilden, wie in Magneten, die einzelne Cluster, Galaxien und Sterne bildeten.
In ihrer Arbeit gelang es den Wissenschaftlern zu zeigen, dass der gleiche Effekt auch im Mikrokosmos bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt funktioniert, wenn Quanteneffekte zu dominieren beginnen.
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