Un calcolo così complesso da richiedere 20 anni per essere completato su un potente computer desktop può ora essere eseguito in un'ora su un normale laptop. Il fisico Andreas Ekström alla Chalmers University of Technology, insieme a colleghi di ricerca internazionali, ha progettato un nuovo metodo per calcolare le proprietà dei nuclei atomici in modo incredibilmente rapido.

Il nuovo approccio si basa su un concetto chiamato emulazione, dove un calcolo approssimativo sostituisce un calcolo completo e più complesso. Sebbene i ricercatori stiano prendendo una scorciatoia, la soluzione finisce quasi esattamente la stessa. Ricorda gli algoritmi dell'apprendimento automatico, ma alla fine i ricercatori hanno progettato un metodo completamente nuovo. Apre ancora più possibilità nella ricerca fondamentale in aree come la fisica nucleare.

"Ora che possiamo emulare i nuclei atomici usando questo metodo, abbiamo uno strumento completamente nuovo per costruire e analizzare descrizioni teoriche delle forze tra protoni e neutroni all'interno del nucleo atomico, " afferma il capo della ricerca Andreas Ekström, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.

Fondamentale per comprendere la nostra esistenza

Il soggetto può sembrare di nicchia, ma è infatti fondamentale per comprendere la nostra esistenza e la stabilità e l'origine della materia visibile. La maggior parte della massa atomica risiede nel centro dell'atomo, in una regione densa chiamata nucleo atomico. Le particelle costituenti il ​​nucleo, i protoni e i neutroni, sono tenuti insieme da qualcosa chiamato la forza forte. Sebbene questa forza sia così centrale per la nostra esistenza, nessuno sa esattamente come funziona. Per aumentare la nostra conoscenza e svelare le proprietà fondamentali della materia visibile, i ricercatori devono essere in grado di modellare le proprietà dei nuclei atomici con grande precisione.

La ricerca di base su cui stanno lavorando Andreas Ekström e i suoi colleghi getta nuova luce su argomenti che vanno dalle stelle di neutroni e le loro proprietà, alla struttura più interna e al decadimento dei nuclei. La ricerca di base in fisica nucleare fornisce anche input essenziali all'astrofisica, fisica atomica, e fisica delle particelle.

Aprire le porte a possibilità completamente nuove

"Sono incredibilmente entusiasta di essere in grado di eseguire calcoli con tale precisione ed efficienza. Rispetto ai nostri metodi precedenti, sembra che ora stiamo calcolando alla velocità della luce. Nel nostro lavoro in corso qui a Chalmers, speriamo di migliorare ulteriormente il metodo di emulazione, ed eseguire analisi statistiche avanzate dei nostri modelli di meccanica quantistica. Con questo metodo di emulazione sembra che si possano ottenere risultati che prima erano considerati impossibili. Questo certamente apre le porte a possibilità completamente nuove, " dice Andreas Ekström.

Maggiori informazioni sulla scorciatoia matematica

Il nuovo metodo di emulazione si basa su qualcosa chiamato continuazione dell'autovettore (EVC). Consente l'emulazione di molte proprietà quantomeccaniche dei nuclei atomici con incredibile velocità e precisione. Invece di risolvere direttamente il problema dei molti corpi, lungo e complesso, più e più volte, i ricercatori hanno creato una scorciatoia matematica, utilizzando una trasformazione in un sottospazio speciale. Questo permette di utilizzare poche soluzioni esatte per poi ottenere soluzioni approssimate molto più velocemente.

Se l'emulatore funziona bene, genera soluzioni che sono quasi esattamente, circa il 99 percento, simili alle soluzioni del problema originale. Questo è in molti modi gli stessi principi utilizzati nell'apprendimento automatico, ma non è una rete neurale o un processo gaussiano:un metodo completamente nuovo lo sostiene. Il metodo EVC per l'emulazione non è limitato ai nuclei atomici, e i ricercatori stanno attualmente esaminando ulteriormente diversi tipi di applicazioni.