Физики описали поведение электронов в чрезвычайной ситуации

Ученые из Германии, США и Великобритании смоделировали поведение электронов при очень высоких температурах и давлении, то есть в условиях, существующих в глубине планет и звезд. О своей работе они рассказали в журнале Physical Review Letters.

До сих пор физикам не удавалось с высокой точностью описать поведение большого числа взаимодействующих между собой электронов, тем более при экстремальных условиях. При высоких температурах и давлении электроны образуют «теплое плотное вещество» — состояние, отличающееся от привычных твердого, жидкого, газообразного и плазмы. Такое состояние встречается в природе, и его можно воссоздать в лабораторных условиях, например на установке XFEL, запущенной 1 сентября этого года.

На микроуровне электроны ведут себя как квантовый газ, и их действия можно описать, решив сложные математические уравнения в рамках квантовой механики. Уже создано множество описывающих теплое плотное вещество моделей, но оценить их надежность и точность сложно.

«Нам потребовалось пять лет и труд ученых из трех стран, чтобы разработать новую технологию, необходимую, чтобы точно описать теплое плотное вещество. Теперь мы, по крайней мере, можем точно и прямо смоделировать происходящее внутри планет», — рассказал один из авторов работы, профессор физики из Имперского колледжа Лондона Мэттью Фолкс.

Используя сложные компьютерные модели, физики смогли уточнить представления о свойствах теплого плотного вещества. Они рассчитывают, что теперь смогут пересмотреть и улучшить возникшие за последние 40 лет модели, а полученные ими данные помогут другим ученым.