Исследователи из Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН в сотрудничестве с аспирантами НИУ «Высшая школа экономики» разработали уникальную методику. Она позволяет детально изучить изменение вещества в момент его перехода из одного агрегатного состояния в другое на примере процесса таяния льда.
На начальном этапе ученые задействовали суперкомпьютер НИУ ВШЭ cHARISMa, чтобы математически зафиксировать систему в точке фазового перехода, то есть в состоянии, когда лед и вода сосуществуют, сообща.т Известия. Эту операцию повторили тысячи раз, получив множество уникальных «копий» системы, каждая из которых отражала отдельное состояние перехода.
До недавнего времени науке не удавалось с высокой точностью определять вероятность нахождения системы в той или иной фазе при критической температуре. Между тем понимание этих процессов имеет большое значение не только для фундаментальной науки, но и для создания материалов с заранее заданными свойствами, таких как сплавы с эффектом памяти формы или инновационные полимеры.
На следующем шаге эксперимента исследователи применили технологии глубокого машинного обучения для классификации трех состояний системы: воды, льда и их смеси. Это стало главным достижением работы, поскольку ранее методы позволяли разделять только две фазы. Теперь же алгоритм может распознавать три, что дает возможность подробно описывать поведение вещества в критической точке и оценивать вероятность его нахождения в каждом из состояний.
Как пояснил руководитель проекта Лев Щур, сочетание суперкомпьютерных технологий и машинного обучения позволило по-новому взглянуть на фазовый переход первого рода и фактически заглянуть внутрь критической точки. По мнению экспертов, предложенный подход важен для проектирования материалов с уникальными свойствами, которые найдут применение в робототехнике, микроэлектронике и космических технологиях.
