De nombreux objets célestes tels que les étoiles ou les planètes contiennent de la matière qui est exposée à des températures et à des pressions élevées - les experts l'appellent matière dense chaude (WDM). Bien que cet état de la matière sur Terre ne se produise que dans le noyau terrestre, la recherche sur la GDE est fondamentale pour divers domaines d'avenir tels que l'énergie propre, matériaux plus durs ou une meilleure compréhension des systèmes solaires. Dans une étude publiée récemment dans Lettres d'examen physique , une équipe dirigée par le physicien Dr. Tobias Dornheim du Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) du Helmholtz Center Dresden-Rossendorf (HZDR) et ancien élève de l'Université de Kiel (CAU), révèle maintenant que la matière dense chaude se comporte de manière significativement différente de celle supposée, ce qui remet en cause sa description précédente.

Pour étudier l'état exotique de la matière dense chaude sur terre, les scientifiques le créent artificiellement dans les laboratoires. Cela peut être réalisé par compression à l'aide de lasers puissants, par exemple à l'European XFEL à Schenefeld près de Hambourg. "Un échantillon, comme une feuille de plastique ou d'aluminium, est éclairé par un faisceau laser, il s'échauffe très fortement puis est comprimé par une onde de choc générée. Les spectres résultants, c'est-à-dire le comportement de l'échantillon dans ces conditions, sont enregistrés sur des détecteurs et dans une portée de 10 ^-dix m (1 angström) nous pouvons déterminer ses propriétés matérielles, " explique le Dr Jan Vorberger de HZDR, ajoutant :« Cependant, des paramètres importants tels que la température ou la densité ne peuvent pas être mesurés directement. Par conséquent, les modèles théoriques sont d'une importance capitale pour l'évaluation des expériences WDM."

Le système réagit d'autant plus faible qu'il est perturbé

Tobias Dornheim développe de tels modèles de simulation pour la description théorique de la matière dense chaude. D'après ce que les scientifiques savaient jusqu'à présent, les calculs ont été basés exclusivement sur l'hypothèse d'une "réaction linéaire". Cela signifie, plus les échantillons, appelés cibles, sont touchés par l'irradiation laser, ainsi plus les électrons sont excités dans ces matériaux, plus ils réagissent fortement. Dans leur nouvelle publication, cependant, Dr Tobias Dornheim de CASUS, Dr. Jan Vorberger de HZDR et Prof. Dr. Michael Bonitz de CAU montrent maintenant que sous une forte excitation, la réaction est plus faible que prévu. Ils concluent qu'il est crucial de prendre en compte les effets non linéaires. Les résultats ont des implications de grande envergure pour l'interprétation d'expériences avec de la matière dense chaude. "Avec cette étude, nous avons jeté les bases de nombreux nouveaux développements dans la théorie de la matière dense chaude, « Estimations de Dornheim, "Et beaucoup de recherches sur la réponse de densité électronique non linéaire du WDM seront effectuées dans les prochaines années."

Leurs résultats sont basés sur des simulations informatiques approfondies utilisant la méthode de Monte Carlo de l'intégrale de chemin statistique quantique (PIMC). Richard Feynman a posé les bases de la méthode dans les années 1950. Dans les années récentes, Le Dr Dornheim a amélioré avec succès les algorithmes pour rendre les calculs plus efficaces et plus rapides. Néanmoins, pour l'étude mentionnée, supercalculateurs calculés sur plus de 10, 000 cœurs de processeur pendant plus de 400 jours. Les calculs ont été réalisés au niveau des clusters haute performance Hypnos et Hemera du HZDR, le cluster Taurus au Center for Information Services and High Performance Computing (ZIH) de l'Université technique de Dresde, ordinateurs à l'Association nord-allemande pour le calcul à haute performance (HLRN) et au centre informatique de la CAU.

Le WDM pourrait jouer un rôle important pour l'industrie de l'énergie

Les recherches sur la matière chaude et dense ne sont pas seulement importantes pour comprendre la structure des planètes comme Jupiter et Saturne ou notre système solaire et son évolution, mais est également appliqué en science des matériaux, par exemple dans le développement de matériaux ultra-durs. Cependant, il pourrait jouer le rôle le plus important dans l'industrie de l'énergie en contribuant à la réalisation de la fusion inertielle, une source d'énergie presque inépuisable et propre avec un potentiel futur.