Robert Klatt
Eine Kombination aus Quantensimulation und Künstlicher Intelligenz (KI) hat eine neue Struktur von Wasserstoff entdeckt, die sich bei hohen Temperaturen und enormem Druck bilden soll.
Urbana (U.S.A.). Physiker von der University of Illinois in Urbana um Yubo Yang haben laut einer Publikation in den Physical Review Letters eine neue Struktur von Wasserstoff entdeckt, die zuvor weder in theoretischen Modellen noch in Experimenten aufgetaucht ist. Gefunden haben die Forscher die neue Struktur mithilfe einer Künstlichen Intelligenz (KI) und dem sogenannten Quanten-Monte-Carlo-Simulationsverfahren.
Beim Quanten-Monte-Carlo-Simulationsverfahren handelt es sich um einen selbstlernenden Algorithmus, der die Position von deutlich mehr Atomen berechnen kann als andere Methoden. Es können dadurch deutlich präzisere Strukturbestimmungen erstellt werden.
Laut den Ergebnissen der KI entsteht bei extrem hohen Drücken von mehreren hundert Gigapascal und Temperaturen über 900 Kelvin ein Kristall, dessen Wasserstoffmoleküle nicht mehr nahezu kugelförmig sind, sondern eiförmig verzerrt werden.
Experimentell bewiesen wurde die Existenz dieser Struktur bisher aber nicht. Die Physiker sind trotzdem zuversichtlich, dass die Phase tatsächlich existiert, weil die KI das Verhalten von anderen, bereits experimentell nachgewiesenen Wasserstoffstrukturen bei hohen Drücken ebenfalls korrekt berechnete.
Wie David Ceperley erklärt, lieferten bereits andere Quantensimulation Hinweise auf die Existenz der Struktur von Wasserstoff. Bei diesen Simulationen ohne den Algorithmus konnten aber zu wenig Atome berechnet werden, um den Effekt gut abzubilden. Die Physiker waren sich deshalb nicht sicher, ob die Struktur besteht. Nun hat das selbstlernende System ihre Annahme untermauert. Um die Existenz der Struktur verifizieren zu können, wollen die Autoren bald Experimente mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen und Drücken durchführen.
Dass die Struktur bisher noch nicht experimentell entdeckt wurde, liegt daran, dass Versuche bei solchen Drücken und Temperaturen sehr komplex sind. Zudem ist die Struktur auch für Simulationen problematisch, weil sie nicht so symmetrisch ist wie andere Hochdruckstrukturen des Wasserstoffs. Die für Struktursimulationen entscheidende Nullpunktenergie kann deshalb nur schwer berechnet werden.
Physical Review Letters, doi: 10.1103/PhysRevLett.130.076102
