Yeni Modellenmiş Sıvı Hidrojen, Astronomik Etkilere Sahip
Hidrojen en basit element olsa da, yüksek basınç davranışını tahmin etmek için hala mücadele ediyoruz. Hidrojenin bu kayıp parçası, İngiltere ve İsviçre’deki araştırmacılar tarafından çözülmüş olabilir. İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden Bingqing Cheng ve meslektaşları, makine öğrenimini kullanarak hidrojenin yüksek sıcaklık ve basınçlarda nasıl değiştiği inceledi. Bu, bilgisayar gücünün diğer teorik kimya metotlarına göre daha etkili bir yöntem olduğu anlamına geliyordu. Bu kapsamda, yalnızca birkaç yüz yerine binden fazla atom içeren sistemler simüle edilebilirdi.
Önceki simülasyonlar, hidrojen molekülleri içeren yalıtkan bir sıvıdan ve hidrojen atomlarının iletken bir metalik sıvısından oluşan ani bir değişikliği öne sürüyordu. Cheng ve meslektaşları bazen daha kesintisiz geçişin mümkün olduğunu keşfettiler. Bu geçiş ‘Yüksek basınçlı hidrojen atomik olarak pürüzsüz ve kademeli bir şekilde döner.’ diye açıklandı. Bilim insanları, sınırlı bir koşul aralığında hidrojenin moleküler ve atomik sıvılar arasında süper kritik bir ara madde oluşturduğunu bulmuşlardı. Bu, çelişkili olan deneysel sonuçları da açıklayabilir. Cheng, kademeli geçişlerin sadece bazı koşullar altında gerçekleştiğini ifade etmektedir. Ancak sonuçlar gerçek anlamda bu dünyanın dışında olabilir.
Cheng, “Süper kritiklik durumu hakkındaki sonucumuz, dev gezegenlerin iç yapıları hakkındaki anlayışımızı potansiyel olarak değiştirebilir” diye açıklıyor. Dev gezegenlerde, sıvı olmak için doğru sıcaklıkta ve basınçta bol miktarda hidrojen olabilir. Ayrıca Cheng, içlerindeki yalıtım ve metalik sıvı tabakaların, daha önce düşünüldüğü gibi ani bir değişiklik yerine kademeli olarak değişen bir yoğunluk profiline sahip olabileceğini ekliyor. Hidrojen okyanuslarının iletken veya yalıtkan olup olmadığı manyetik alanlarını etkileyebileceği de gözlemlendi.
Bu bulguları üretmek için kimyagerler, daha geleneksel olan yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ve Kuantum Monte Carlo (QMC) simülasyonlarından elde edilen verileri kullanarak bir sinir ağı üzerine alıştırma yaptı. Alıştırma kapsamında hidrojen atomu konumları, atomların enerjileri ve her durumda karşılaştıkları kuvvetlerle birlikte her durum için ayrı ayrı bir ağa konuldu. Cheng’in ifadesine göre ağ, yapı ve özellikler arasındaki bağlantıları ‘hatırlar’ durumdadır. Bununla birlikte, atomik düzenlemeleri hafızasıyla karşılaştırarak yeni yapıların özelliklerini daha fazla atomla tahmin edebilir.
DFT ve QMC, hidrojenin iki sıvı fazı arasında ani değişiklikleri gösterdi, ancak bugünün bilgisayarları bu yöntemlerle sadece birkaç yüz atomu simüle edebiliyor. Açık bir şekilde mevcut olan sinir ağı, 1728 atomu simüle etti ve süper kritik faz ile daha yumuşak bir geçiş buldu. Bu sonuca istinaden Cheng, bu durumu “Daha büyük, daha gerçekçi bir sistemden gelen sonuçların daha güvenilir olduğuna inanıyoruz.” şeklinde ifade ediyor.
İtalya’daki Sapienza Üniversitesi’nden Lilia Boeri, çalışmanın ‘makine öğrenme yöntemlerinin etkileyici bir uygulaması’ olduğunu söylüyor. Boeri, bu yöntemin standart DFT hesaplamaları ile muhtemelen çözülemeyen bir soruya uygulandığını gördüğü ilk durumdan biri olduğunu da ekliyor. Bu, yazarların onlarca yıldır tartıştığı bir sorun olan yüksek basınçlı hidrojendeki sıvı–sıvı geçişinin doğasını, gezegensel modeller için çoğunlukla belirlenmesine izin vermiş oldu.
Kaynak : chemistryworld.com
