Исследователи Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН вместе с аспирантами Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» разработали новую методику, позволяющую детально изучить, каким образом вещество переходит из одного агрегатного состояния в другое — на примере процесса плавления льда.
На начальном этапе работы ученые задействовали суперкомпьютер НИУ ВШЭ cHARISMa. С его помощью они математически «зафиксировали» систему в момент фазового перехода — когда лед и вода сосуществуют одновременно. Операция была выполнена тысячи раз, что привело к появлению множества уникальных «копий» системы, каждая из которых отражала отдельное состояние перехода.
Ранее исследователям не удавалось с высокой точностью установить вероятность пребывания системы в той или иной фазе при критической температуре. В то же время понимание таких процессов важно не только для фундаментальной науки: оно необходимо и при создании материалов с заданными характеристиками, к примеру, сплавов с эффектом памяти формы или новых полимеров.
Далее команда применила методы глубокого машинного обучения, чтобы классифицировать три состояния системы — воду, лед и их смесь. Это стало главным результатом исследования: если раньше алгоритмы разделяли систему лишь на две фазы, то теперь модель умеет распознавать три, что дает возможность подробно описывать поведение вещества в критической точке. Благодаря этому исследователи смогли оценить вероятность нахождения вещества в каждом из состояний — того, чего раньше добиться не удавалось.
«Комбинация суперкомпьютерных технологий для получения большого набора данных и методов машинного обучения для их анализа позволила нам по-новому посмотреть на фазовый переход первого рода. Фактически нам удалось заглянуть внутрь критической точки», — рассказал «Известиям» руководитель проекта, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией вычислительной физики НИУ ВШЭ, главный научный сотрудник Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН Лев Щур.
Предложенный подход имеет значение не только для базовых научных исследований, но и для проектирования материалов с особыми свойствами — например, сплавов с эффектом памяти формы, полимеров, применяемых в робототехнике, микроэлектронике и космических технологиях, как отмечают эксперты.
Подробнее читайте в эксклюзивном материале «Известий»:
Фазовый принцип: эффект таяния льда поможет создать новые материалы с памятью формы