Slumptal är metoden vid sökandet efter att beskriva varmt väte i exoplanet-atmosfärer

 

Att upptäcka egenskaperna hos kvantsystem som består av ett flertal interagerande partiklar är en enorm utmaning. De kan tolkas matematiskt men är omöjliga att upptäcka. Att bryta den gränsen skulle leda till mängder av nya rön och tillämpningar inom fysik, kemi och materialvetenskap.

Nu har forskare vid Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)  tagit ett stort steg framåt för detta genom  att beskriva det som kallas varmt tätt väte -väte som finns under extrema förhållanden  under högt tryck. Deras arbete är (ska eller är nu publicerat) i Physical Review Letters.

Forskarnas arbetssätt baserades på en metod där man använde slumptal något som nu för första gången kan lösa den grundläggande kvantdynamiken hos de inblandade elektronerna då många väteatomer interagerar under förhållanden som finns till exempel i planeter eller i fusionsreaktorer.

Väte är det vanligaste elementet i universum. Det är bränslet som driver stjärnorna inklusive vår sol och det utgör det inre av planeter som ex gasjätten Jupiter. Den vanligaste formen av väte i universum är inte den osynliga och luktfria gasen eller de vätemolekyler vatten innehåller.

Det är det varma täta vätet från stjärnor och planeter innebärande extremt komprimerat väte som i vissa fall kan leda elektricitet lika bra som metaller. Forskning om varm tät materia fokuserar på materia under förhållanden under mycket höga temperaturer eller tryck som vanligtvis finns överallt i universum dock ej naturligt på Jorden. För att försöka belysa egenskaperna hos väte och annan materia under extrema förhållanden, förlitar sig forskare mycket på datasimuleringar. En allmänt använd metod kallad täthetsfunktionalteori(DFT). 

Trots sin framgång i många sammanhang har denna metod misslyckats med att beskriva varmt tätt väte. Den främsta anledningen är att exakta datasimuleringar kräver exakt kunskap om interaktionen mellan elektronerna i varmt tätt väte.

I den nya publikationen visar författarna Maximilian Böhme, Dr. Zhandos Moldabekov, Young Investigator Group Leader Dr. Tobias Dornheim (CASUS-HZDR) och Dr. Jan Vorberger (Institute of Radiation Physics-HZDR) för första gången att egenskaper hos varmt tätt väte kan beskrivas mycket exakt med så kallade Quantum Monte Carlo (QMC) simuleringar.

 

När det gäller vätgas skulle Böhmes och hans kollegors arbete potentiellt kunna bidra till att klargöra detaljerna i hur varmt tätt väte blir metalliskt väte, en ny fas av vätgas som studeras intensivt både genom experiment och simuleringar. Att generera metalliskt väte experimentellt i labbet kan möjliggöra intressanta applikationer i framtiden.

Den som är intresserad av vårt solsystems planeter och månar följ gärna länken här  som där vårt  solsystems planeters atmosfärinnehåll beskrivs). Länken är från vikipedia.

 Bilden ovan från vikipedia visar däremot citat från vikipedia ”Graphs of escape velocity against surface temperature of some Solar System objects showing which gases are retained. The objects are drawn to scale, and their data points are at the black dots in the middle”.