И здесь возникает проблема, которая озадачивала ученых на протяжении десятилетий: как лучше всего сформулировать квантовые теории поля для компьютерного моделирования? Теперь ответ на этот вопрос дал искусственный интеллект.
Чтобы работать с квантовыми теориями поля на компьютере, их необходимо дискретизировать, то есть, разбить на отдельные точки. Это похоже на то, как изображение на экране состоит из пикселей, а траектория ракеты рассчитывается по маленьким временным шагам. В физике частиц создается четырехмерная решетка с тремя пространственными измерениями и одним временным. Каждая точка решетки хранится в компьютере, и квантовая теория поля определяет, как эти точки влияют друг на друга. Таким образом можно моделировать столкновения частиц на Большом адронном коллайдере или поведение материи сразу после Большого взрыва.
Проблема в том, что квантовые теории поля можно формулировать на решетке разными способами. В принципе, все они дают одинаковые физические предсказания, но совершенно по-разному. Некоторые варианты оказываются вычислительно бесполезными, неточными или неэффективными, тогда как другие — удивительно практичными.
«Если мы хотим работать с квантовыми теориями поля на компьютере, нам нужно их дискретизировать», — объясняет Давид Мюллер из Венского технического университета. Ключ к успеху — так называемые уравнения фиксированных точек. Благодаря им определенные свойства остаются неизменными независимо от того, насколько грубой или мелкой сделана решетка.
Эксперименты в этом направлении проводились еще 30 лет назад, но тогда у физиков попросту не было технических средств для работы с сотнями тысяч параметров. Теперь международная команда ученых разработала специальную нейронную сеть для решения этой задачи. Существующие модели ИИ не подходили — специалистам нужен был искусственный интеллект, который бы изначально гарантировал строгое соблюдение физических законов.
«Мы смогли показать, что этот подход открывает совершенно новый путь к моделированию сложных квантовых теорий поля с приемлемыми вычислительными затратами», — заявил руководитель проекта Андреас Ипп из Венского технического университета. По мнению ученых, разработанный ими метод позволит моделировать элементарные взаимодействия с беспрецедентной точностью и впоследствии изменит сами подходы к вычислительной физике.
Ранее ученые узнали, что незначительное изменение спина полностью меняет знаменитый квантовый эффект.
