Вычисление свойств атомных ядер, на которое на мощном настольном компьютере уходило двадцать лет, теперь может быть выполнено за час на обычном ноутбуке, - пишет eurekalert.org.
Физик Андреас Экстрём из Технологического университета Чалмерса вместе с международными коллегами-исследователями разработал новый метод невероятно быстрого вычисления свойств атомных ядер.
Новый подход основан на концепции, называемой эмуляцией, где приблизительный расчет заменяет полный и более сложный расчет. При этом решение оказывается практически таким же, как при сложном расчете. Способ вычисления напоминает алгоритмы машинного обучения, но на самом деле исследователи разработали совершенно новый метод. Это открывает еще больше возможностей для фундаментальных исследований в таких областях, как ядерная физика.
«Теперь, когда мы можем имитировать атомные ядра, используя этот метод, у нас есть совершенно новый инструмент для построения и анализа теоретических описаний сил между протонами и нейтронами внутри атомного ядра», - говорит руководитель исследований Андреас Экстрём, доцент кафедры физики в Чалмерсе.
Тема может показаться нишевой, но на самом деле она имеет фундаментальное значение для понимания нашего существования, а также стабильности и происхождения видимой материи. Большая часть атомной массы находится в центре атома - в плотной области, называемой атомным ядром. Составляющие ядра частицы - протоны и нейтроны - удерживаются вместе чем-то, что называется ядерной силой. Хотя эта сила так важна для нашего существования, никто точно не знает, как она работает. Чтобы расширить наши знания и раскрыть фундаментальные свойства видимой материи, исследователи должны иметь возможность моделировать свойства атомных ядер с большой точностью.
Фундаментальные исследования, над которыми работают Андреас Экстрём и его коллеги, проливают новый свет на самые разные темы - от нейтронных звезд и их свойств до внутренней структуры и распада ядер. Фундаментальные исследования в области ядерной физики также вносят важный вклад в астрофизику, атомную физику и физику элементарных частиц.
«Я невероятно рад, что могу производить вычисления с такой точностью и эффективностью. По сравнению с нашими предыдущими методами кажется, что теперь мы выполняем вычисления с молниеносной скоростью. В нашей текущей работе здесь, в Чалмерсе, мы надеемся еще больше улучшить метод эмуляции и выполнять расширенный статистический анализ наших квантово-механических моделей. С помощью этого метода эмуляции, похоже, мы можем достичь результатов, которые ранее считались невозможными. Это, безусловно, открывает двери для совершенно новых возможностей», - говорит Андреас Экстрём.
Новый метод эмуляции основан на так называемом продолжении собственного вектора. Он позволяет имитировать многие квантово-механические свойства атомных ядер с невероятной скоростью и точностью. Вместо того, чтобы напрямую решать трудоемкую и сложную задачу многих тел снова и снова, исследователи создали математический ярлык, используя преобразование в специальное подпространство. Это позволяет использовать несколько точных решений для более быстрого получения приближенных решений.
Если эмулятор работает хорошо, он генерирует решения, которые
почти точно - примерно на 99 процентов - аналогичны решениям
исходной проблемы. Это во многом те же принципы, которые
используются в машинном обучении, но это не нейронная сеть или
гауссовский процесс - в основе этого лежит совершенно новый
метод. Метод эмуляции не ограничивается атомными ядрами, и в
настоящее время исследователи изучают различные типы
приложений.
[Фото: eurekalert.org]
