Российские ученые разработали математический подход, позволяющий в разы ускорить расчеты того, как взаимодействует друг с другом огромное число частиц, присутствующих внутри различных форм плазмы. Это открытие значительно ускорит астрофизические исследования, сообщила в среду пресс-служба МФТИ.
"Полученные результаты хорошо согласуются как с теоретическими данными, так и с предыдущими численными расчетами. Найденный нами метод оказался очень эффективным: скорость расчета получилась как минимум на два порядка выше расчетов с традиционным потенциалом Эвальда, что особенно интересно для астрофизики", - сообщил научный сотрудник МФТИ (Долгопрудный) Георгий Демьянов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Плазма представляет собой самую распространенную во Вселенной агрегатную форму материи. Как правило, она состоит из большого числа положительно заряженных ионов, атомов различных химических веществ, часть электронов которых была "оторвана" от них в результате нагрева или действия ионизирующего излучения.
Физики уже много десятилетий изучают свойства разных форм плазмы, что помогает ученым постоянно находить новые применения для этого состояния материи в науке, технике и медицине. Эти поиски, а также изучение поведения плазмы в космосе, сейчас ограничивается тем, что у ученых до настоящего времени не было быстрых методик просчета взаимодействий большого числа заряженных частиц, удаленных друг от друга на большие расстояния.
Быстрый расчет свойств плазмы
Как отмечают Демьянов и его коллега Павел Левашов, заместитель заведующего кафедрой физики высокотемпературных процессов МФТИ, общепринятый подход для проведения подобных расчетов был сформулирован еще в 1921 году немецким физиком Паулем Эвальдом. Он позволяет просчитать взаимодействия между частицами плазмы при помощи компьютеров, однако для таких расчетов нужно очень много времени и вычислительных ресурсов.
Российские физики разработали альтернативную методику просчета энергии плазмы, которая дает столь же точный результат, как и метод Эвальда, но при этом она позволяет проводить расчеты на несколько порядков быстрее. Ученым удалось ускорить расчеты при помощи созданного ими подхода, позволяющего резко сократить число операций при вычислении так называемого потенциала Эвальда, параметра, отражающего взаимодействия далеких друг от друга частиц в плазме.
Работу этого алгоритма ученые проверили при помощи суперкомпьютера, установленного в Объединенном институте высоких температур РАН (Москва). Проведенные физиками расчеты подтвердили, что результаты работы созданного ими алгоритма совпадают как с итогами практических экспериментов с плазмой, так и с расчетами на базе метода Эвальда.
Как отмечают Демьянов и Левашов, созданный ими подход можно применять не только для расчета свойств плазмы, но и для проведения квантово-механических вычислений. Подобные численные эксперименты будут особенно интересными для физиков-теоретиков и космологов, подытожили авторы открытия.