لقد أظهر العلماء كيف تؤثر التأثيرات الكمومية للنوى على انتقال الهيدروجين إلى حالة موصلة

الهيدروجين الكثيف الساخن هو منطقة من مخطط طور الهيدروجين حيث يمكن أن يكون في حالات مختلفة: سائل جزيئي أو صلب أو بلازما، اعتمادًا على الظروف الخارجية. يتم تحقيق هذه الحالات عند ضغوط عالية (مئات الجيجا باسكال) ودرجات حرارة (مئات وآلاف الدرجات). وفي ظل ظروف مماثلة، يوجد الهيدروجين في قلوب الكواكب العملاقة. حتى الآن، لم يحدد العلماء بدقة طبيعة التحول من السائل الجزيئي إلى السائل الموصل، المصحوب بتفكك الجزيئات. تشير النماذج النظرية غالبًا إلى أن هذا تحول من الدرجة الأولى، في حين أن التجارب لا تعطي إجابة واضحة. “دافعنا الرئيسي هو فهم أفضل لطبيعة انتقال سائل الهيدروجين من الطور الجزيئي إلى الحالة غير الجزيئية الموصلة عند ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة نسبيًا. لا تزال هذه المنطقة من مخطط الطور مثيرة للجدل: فالتجارب والحسابات المختلفة لا تعطي صورة متسقة تمامًا. وقال فياتشيسلاف لوكيانشوك، الباحث المبتدئ في مركز MIPT للفيزياء الحاسوبية، وطالب الدراسات العليا في السنة الثانية في قسم الفيزياء الحاسوبية، إن مسألة ما إذا كان الانتقال هو انتقال طوري من الدرجة الأولى أمر مثير للاهتمام بشكل خاص”. الفيزياء الحاسوبية للمادة المكثفة والأنظمة الحية في LPI. ولحل هذه المشكلة، أخذ الفيزيائيون في الاعتبار تأثير التأثيرات الكمومية لنواة الهيدروجين. وفي عمليات المحاكاة الحاسوبية، تعاملوا مع البروتونات ليس كجسيمات كلاسيكية، بل كأجسام كمومية. في هذه الحالة، يبدأ “التلطيخ المكاني” للبروتون في لعب دور مهم – وهو التأثير الذي يؤثر على استقرار الجزيئات، والضغط الانتقالي، وبنية السائل. تم نشر المقال في مجلة التقارير العلمية. إحدى النتائج الرئيسية للدراسة هي أن المؤلفين لم يحصلوا على فرع جزيئي شبه مستقر فحسب، بل حصلوا أيضًا على فرع غير جزيئي موصل شبه مستقر. يعد الفرع الجزيئي شبه المستقر جزءًا من الأيسوثرم حيث لا يزال الهيدروجين يحتفظ بالبنية الجزيئية لـ H2، على الرغم من أن هذه الحالة عند ضغط ودرجة حرارة معينة تكون بالفعل غير مستقرة طاقيًا. وهذا أمر مثير للاهتمام بشكل خاص لأنه لم يتم ملاحظة الفرع الموصل المستقر في الحسابات السابقة مع النوى الكلاسيكية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نتائج المحاكاة أن تأثير التأثيرات الكمومية للنوى يمكن اعتباره بمثابة تحول فعال في درجة الحرارة يبلغ حوالي 300 كلفن. وهذا يعني أن النظام الذي يحتوي على بروتونات غير متمركزة عند 700 كلفن يتصرف بشكل مشابه تقريبًا لنظام يحتوي على بروتونات كلاسيكية عند 1000 كلفن. “ومع ذلك، فهذه حجة فيزيائية قوية جدًا لصالح مثل هذا التحول. في عملنا، تتكون الصورة على وجه التحديد من مجموعة من العلامات: هضبة أو قفزة ضعيفة في متساوي الحرارة، وتغير حاد في البنية، وزيادة في التوصيل الكهربائي، ووجود حرارة كامنة، وفرعين شبه مستقرين. لذلك، نحن نعتبر هذه النتائج بمثابة تأكيد مهم على التحول من الدرجة الأولى، ولكن نؤكد بعناية على أن موضع حدود الطور والمعلمات الكمية يعتمد على طريقة النمذجة المختارة. كوندراتيوك، المدير التنفيذي لمركز MIPT للفيزياء الحاسوبية. وتكشف الدراسة عن سلوك أحد أبسط العناصر -الهيدروجين- في ظل الظروف القاسية. وأهم نقطة لاحظها العلماء هي أنه لا يمكن تجاهل التأثيرات الكمومية للنوى عند وصف هذه المادة. وستعمل النتائج التي تم الحصول عليها على تحسين نماذج البنية الداخلية للكواكب العملاقة مثل المشتري، وكذلك تحسين نماذج المادة في الظروف القاسية. “بعد ذلك، نريد توضيح الموقع الكمي لحدود الطور في إطار إمكانات التعلم الآلي. نحن مهتمون أيضًا بدراسة أكثر عمقًا لديناميكيات انحلال الحالات شبه المستقرة: كيف يتحول الهيدروجين الجزيئي بالضبط إلى حالة موصلة، وما هي المجموعات أو الهياكل الوسيطة التي تنشأ، وكيف تتغير الموصلية بمرور الوقت،” شارك فياتشيسلاف لوكيانشوك.