Деякі експерименти дійсно важко виконати на практиці. Щоб отримати детальне уявлення про поведінку молекулярного водню (H2), наприклад, ми повинні були б проводити такі високі тиску, як ті, які відбуваються в ядрі газових планет, таких як Юпітер і Сатурн або всередині зірок.

Якщо такі умови не можуть бути створені, слід використовувати інший метод, щоб імітувати поведінку водню на комп'ютері, проте модель повинна бути точною. Група вчених-дослідників з Міжнародної школи передових досліджень (International School for Advanced Studies – SISSA) в Трієсті використовувала імітаційну модель, яка є більш точним методом, ніж ті, які застосовувалися раніше. Для підтвердження своєї гіпотези про поведінку водню, вчені провели експеримент.

"Ми працювали над створенням цього методу моделювання в SISSA останні десять років. Це дуже точний метод, заснований на методі квантового Монте-Карло-сімейства алгоритмів, але, як правило, обмежується невеликим числом частинок. Ми ж розробили метод для розгляду великої кількості атомів і отримали майже реалістичну ситуацію , що стало великою перевагою нашого методу", – пояснює Сандро Сорелла, професор SISSA і співавтор дослідження.

"Ми використали моделювання, щоб перевірити прогноз Вігнера та Хантінгтона", – додає Гульєльмо Маццола, співавтор статті.

У 1935 Юджин Вігнер і Хіллард Белл Хантінгтон припустили, що при дуже високих тисках, коли водень робить перехід від молекулярної фази в атомну фазу (коли атоми знаходяться так близько один до одного, що молекулярні структури більше не можуть бути помітні), водень набуває металеві властивості.

"В останні роки, спроби перевірити цю гіпотезу експериментально і теоретично давали суперечливі результати щодо тиску, необхідного для досягнення металізації. Наше моделювання в рідкій фазі показує, що ми, звичайно, дуже далекі від того, щоб спостерігати цей перехід експериментально. За нашими даними, металізація може мати місце тільки при тисках, що наближаються до 500 ГПа.Це величезне значення, яке відбувається тільки у внутрішніх шарах газоподібних планет і не може бути досягнуто з наявними в даний час експериментальним обладнанням", – коментує Маццола.

"Детальне розуміння фазової діаграми водню важливо не тільки для досліджень в області астрофізики, але і для розуміння того, як цей елемент діє і, наприклад, за яких умов він стає надпровідником", – підсумовує Sorella.

Дослідження було проведено у співпраці з передовим дослідний інститутом AICS - Riken в Токіо, в якому містяться обчислювальні ресурси одного з найпотужніших суперкомп'ютерів у світі – K computer.