वैज्ञानिकों के लिए कई परस्पर कणों से बने क्वांटम प्रणाली के गुणों की खोज अभी भी एक बड़ी चुनौती है। जबकि इससे जुड़े गणितीय समीकरणों की लंबे समय से जानकारी है, व्यवहार में उनको हल करना बहुत जटिल हैं। उस बाधा से पार पाने के लिए हो सकता है भौतिकी, रसायन विज्ञान और भौतिक विज्ञान में नए निष्कर्ष और प्रयोग बढ़ेंगे।
हेल्महोल्ट्ज-जेंट्रम ड्रेसडेन-रॉसडॉर्फ (एचजेडडीआर) में सेंटर फॉर एडवांस्ड सिस्टम्स अंडरस्टैंडिंग के शोधकर्ताओं ने अब तथाकथित गर्म घने हाइड्रोजन का वर्णन करके एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया है। उच्च दबाव जैसी चरम स्थितियों में हाइड्रोजन का पहले से कहीं अधिक सटीक पता लगाया है।
रैंडम संख्याओं का उपयोग करने वाली विधि के आधार पर वैज्ञानिकों का दृष्टिकोण, पहली बार शामिल इलेक्ट्रॉनों की मौलिक क्वांटम गतिशीलता को हल कर सकता है जब कई हाइड्रोजन परमाणु विभिन्न स्थितियों के तहत परस्पर प्रभावित करते हैं, उदाहरण के लिए, ग्रह के अंदरूनी या संलयन रिएक्टरों में।
हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है। यह वह ईंधन है जो हमारे सूर्य सहित सितारों को शक्ति प्रदान करता है और यह हमारे सौर मंडल के गैस विशाल बृहस्पति जैसे ग्रहों के आंतरिक भाग का निर्माण करता है। ब्रह्मांड में हाइड्रोजन का सबसे आम रूप रंगहीन और गंधहीन गैस नहीं है, न ही पानी जैसे हाइड्रोजन युक्त अणु जो पृथ्वी पर आम है।
यह सितारों और ग्रहों का गर्म घना हाइड्रोजन है,अत्यंत संकुचित हाइड्रोजन - जो कुछ मामलों में धातुओं की तरह बिजली का संचालन करता है। गर्म घने पदार्थ पृथ्वी की सतह को छोड़कर जहां वे स्वाभाविक रूप से नहीं होते हैं, ब्रह्मांड में आमतौर पर हर जगह पाए जाने वाले बहुत अधिक तापमान या दबाव जैसी परिस्थितियों में पदार्थ पर निर्भर करते हैं।
सिमुलेशन के तरीके और उनकी सीमाएं
चरम परिस्थितियों में हाइड्रोजन और अन्य पदार्थों की विशेषताओं को स्पष्ट करने की कोशिश करते हुए, वैज्ञानिक सिमुलेशन पर बहुत अधिक भरोसा करते हैं। व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले को घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) कहा जाता है। इसकी सफलता के बावजूद, यह गर्म घने हाइड्रोजन का वर्णन करने में कम पड़ गया है। मुख्य कारण यह है कि सटीक सिमुलेशन के लिए गर्म घने हाइड्रोजन में इलेक्ट्रॉनों के परस्पर प्रभाव की सटीक जानकारी की आवश्यकता होती है।
लेकिन इस बारे में जानकारी नहीं है और वैज्ञानिकों को अभी भी परस्पर प्रभाव के अनुमानों पर भरोसा करना पड़ता है, जिससे गलत सिमुलेशन के परिणाम सामने आते हैं। इस जानकारी की कमी के कारण, यह संभव नहीं है, उदाहरण के लिए, जड़त्वीय बंधन संलयन (आईसीएफ) प्रतिक्रियाओं के गर्म होने के चरण को सटीक रूप से अनुकरण करना। इस कमी को हटाने से भविष्य में एक प्रासंगिक जीरो कार्बन बिजली उत्पादन तकनीक बनने के लिए, संलयन ऊर्जा अनुसंधान की दो प्रमुख शाखाओं में से एक, आईसीएफ को महत्वपूर्ण रूप से आगे बढ़ाया जा सकता है।
नए अध्ययन के प्रमुख अध्ययनकर्ता मैक्सिमिलियन बोहमे, डॉ. झांडोस मोल्डाबेकोव, यंग इन्वेस्टिगेटर ग्रुप लीडर डॉ. टोबियास डोर्नहेम और डॉ. जान वोरबर्गर पहली बार दिखाते हैं कि गुण तथाकथित क्वांटम मोंटे कार्लो (क्यूएमसी) सिमुलेशन के साथ गर्म घने हाइड्रोजन का सटीक वर्णन किया जा सकता है।
बोहमे कहते हैं, हमने जो किया वह गर्म घने हाइड्रोजन की स्थिर इलेक्ट्रॉनिक घनत्व प्रतिक्रिया को सिमुलेशन करने के लिए पाथ-इंटीग्रल मोंटे-कार्लो (पीआई एमसी) नामक एक क्यूएमसी पद्धति का विस्तार करना था। हमारा तरीका उन अनुमानों पर भरोसा नहीं करता है जिसे पिछली बार अपनाया गया था। इसके बजाय यह मौलिक क्वांटम गतिशीलता की सीधे गणना करता है और इसलिए बहुत सटीक है।
जब पैमाने की बात आती है, हालांकि, हमारे दृष्टिकोण की भी सीमाएं होती हैं क्योंकि यह कम्प्यूटेशनल रूप से तेज है। भले ही सबसे बड़े सुपर कंप्यूटरों पर निर्भर हैं, हम अब तक केवल दो अंकों की सीमा में कण संख्याओं को संभाल सकते हैं।
हाइड्रोजन के संबंध में, बोहमे और उनके सहयोगियों का काम संभावित रूप से इस विवरण को स्पष्ट करने में योगदान दे सकता है कि कैसे घने हाइड्रोजन धातु से हाइड्रोजन बन जाता है, हाइड्रोजन का एक नया चरण प्रयोगों और सिमुलेशन दोनों के माध्यम से इसका गहन अध्ययन किया जा सकता है। प्रयोगशाला में प्रयोगात्मक रूप से धात्विक हाइड्रोजन उत्पन्न करना भविष्य में दिलचस्प प्रयोगों को सक्षम बना सकता है। यह शोध फिजिकल रिव्यू लेटर्स नामक पत्रिका में प्रकाशित हुआ है।