Сильно взаимодействующие системы играют важную роль в квантовой физике и квантовой химии. Стохастические методы, такие как моделирование Монте-Карло, являются проверенным способом исследования таких систем. Однако эти методы достигают своего предела, когда возникают так называемые знаковые осцилляции. Теперь эта проблема решена международной группой исследователей из Германии, Турции, США, Китая, Южной Кореи и Франции с помощью нового метода согласования волновых функций. В качестве примера с помощью этого метода были рассчитаны массы и радиусы всех ядер вплоть до массового числа 50. Результаты согласуются с результатами измерений, сообщают исследователи в журнале Nature. Вся материя на Земле состоит из крошечных частиц, известных как атомы. Каждый атом содержит еще более мелкие частицы: протоны, нейтроны и электроны. Каждая из этих частиц подчиняется правилам квантовой механики. Квантовая механика лежит в основе квантовой теории многих тел, которая описывает системы с большим количеством частиц, такие как атомные ядра. Один из классов методов, используемых физиками-ядерщиками для изучения атомных ядер, — это подход ab initio. Он описывает сложные системы, начиная с описания их элементарных компонентов и их взаимодействий. В случае ядерной физики элементарными компонентами являются протоны и нейтроны. Некоторые ключевые вопросы, на которые могут помочь ответить расчеты ab initio, — это энергии связи и свойства атомных ядер, а также связь между ядерной структурой и лежащими в ее основе взаимодействиями между протонами и нейтронами. Однако эти ab initio методы сталкиваются с трудностями при проведении надежных расчетов для систем со сложными взаимодействиями. Одним из таких методов является квантовое моделирование Монте-Карло. В этом случае величины рассчитываются с помощью случайных или стохастических процессов. Хотя квантовое моделирование Монте-Карло может быть эффективным и мощным, у него есть существенный недостаток: проблема знака. Она возникает в процессах с положительными и отрицательными весами, которые отменяют друг друга. Эта отмена приводит к неточным итоговым предсказаниям. Новый подход, известный как согласование волновых функций, призван помочь решить подобные проблемы вычислений для методов ab initio. «Эта проблема решается новым методом согласования волновых функций путем отображения сложной задачи в первом приближении на простую модельную систему, в которой нет таких колебаний знака, а затем обработки различий в теории возмущений», — говорит профессор Ульф-Г. Майснер из Института радиационной и ядерной физики имени Гельмгольца при Боннском университете и Института ядерной физики и Центра передового моделирования и аналитики при Форшунгсцентре Юлих.
«В квантовой теории многих тел мы часто сталкиваемся с ситуацией, когда мы можем проводить расчеты, используя простое приближенное взаимодействие, но реалистичные высокоточные взаимодействия вызывают серьезные вычислительные проблемы, — говорит Дин Ли, профессор физики из Центра редких изотопных пучков и факультета физики и астрономии (FRIB) Мичиганского государственного университета и заведующий кафедрой теоретических ядерных наук. Согласование волновых функций решает эту проблему, удаляя короткодействующую часть высокоточного взаимодействия и заменяя ее короткодействующей частью легко вычисляемого взаимодействия. Это преобразование выполняется таким образом, что сохраняются все важные свойства исходного реалистичного взаимодействия. Поскольку новые волновые функции похожи на волновые функции легко вычисляемого взаимодействия, исследователи теперь могут проводить расчеты с легко вычисляемым взаимодействием и применять стандартную процедуру обработки малых поправок — так называемую теорию возмущений. Исследовательская группа применила этот новый метод к решеточному квантовому моделированию Монте-Карло для легких ядер, ядер средней массы, нейтронной материи и ядерной материи. Результаты, полученные с помощью точных расчетов ab initio, точно совпали с реальными данными о свойствах ядер, таких как размер, структура и энергия связи. Расчеты, которые раньше были невозможны из-за проблемы знака, теперь могут быть выполнены с помощью согласования волновых функций. Хотя исследовательская группа сосредоточилась исключительно на квантовых симуляциях Монте-Карло, согласование волновых функций может быть полезно для многих различных ab initio-подходов.
15.05.2024 |
Хайтек
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику | |
Электроны вращаются без электрического за... |
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ | |
Новый программный комплекс представили ученые ... |
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью | |
Методику создания синтетических данных для&nbs... |
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi | |
Морская нержавейка, или сталь 316LSi, шир... |
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей | |
Новый сплав на основе алюминия создали ис... |
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G | |
Уникальные фильтры для импульсной терагер... |
Nat. Nanotechnol: Разработан самоочищающийся электрод для синтеза пероксидов | |
Пероксиды металлов — MO₂, M=Ca, Sr,... |
В СПбГУ создали новые биоактивные молекулы с помощью золотого катализатора | |
Метод соединения двух простых веществ с п... |
AFM: Разработан материал для поглощения электромагнитных волн широкого спектра | |
Ультратонкий пленочный композитный материал, с... |
PRL: Доказана возможность открытия новых сверхтяжелых элементов | |
Уран — самый тяжелый из извест... |
NE: Новый жидкостный акустический датчик распознаёт голоса в шумной обстановке | |
Инженеры разработали множество сложных датчико... |
Science: Новый метод спектроскопии раскрывает квантовые секреты воды | |
Вода — это жизнь. Но водо... |
В ИРНИТУ создали первую партию инклинометров и объединили их в умную сеть | |
Сотрудники Центра маркшейдерских и геодез... |
Ученые УУНиТ создали первый отечественный станок для сухого электрополирования | |
Ученые Уфимского университета науки и тех... |
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет | |
Физическая модель, которая описывает взаимодей... |
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики | |
Новый метод синтеза производных пирролизидина ... |
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела | |
Термоэлектрический материал, который можно исп... |
Ultrafast Science: Ученые успешно ускорили идентификацию молекул лазером | |
В 100 раз ускорили измерения спектроскопи... |
В УрФУ разработали технологию 3D-печати из жаропрочных титановых сплавов | |
Технологию создания жаропрочных сплавов на&nbs... |
Ученые ЮУрГУ предложили уникальную технологию повышения надежности сварки | |
Уникальную технологию повышения надежности сва... |
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС | |
Первый российский комплект интегральных схем д... |
Российские ученые приблизились к созданию искусственной сетчатки | |
Оптоэлектронный синапс — мемристор ... |
Экологичная замена полиэтиленовым упаковкам разработана в МГУ | |
Биоразлагаемый полимер — полипропил... |
CS: Создана технология производства компонентов для шампуней и лекарств | |
Исследователи из России и Китая разр... |
APN: Фотонные вычисления помогут продвинуться в области аналоговых вычислений | |
Дифференциальные уравнения с частными про... |
Ученые НИТУ МИСИС разработали магнитные микропровода для имплантатов и датчиков | |
Новые ультратонкие аморфные микропровода, кото... |
NP: Открыт новый метод, предлагающий решения для сложных задач визуализации | |
Новый метод вычислительной голографии позволяе... |
В Пермском Политехе усовершенствовали алгоритм оценки состояния оборудования | |
Для оценки состояния оборудования или все... |
NP: Создана фотонная решетка, способная манипулировать квантовыми состояниями | |
Синтетическую фотонную решетку, которая может ... |
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония | |
Физики из Китая выяснили, что период... |