Um cálculo tão complexo que leva 20 anos para ser concluído em um computador desktop poderoso agora pode ser feito em uma hora em um laptop comum. O físico Andreas Ekström da Chalmers University of Technology, junto com colegas de pesquisa internacionais, projetou um novo método para calcular as propriedades dos núcleos atômicos com uma rapidez incrível.

A nova abordagem é baseada em um conceito chamado emulação, onde um cálculo aproximado substitui um cálculo completo e mais complexo. Embora os pesquisadores estejam tomando um atalho, a solução acaba sendo quase exatamente a mesma. É uma reminiscência de algoritmos de aprendizado de máquina, mas, em última análise, os pesquisadores criaram um método completamente novo. Ele abre ainda mais possibilidades na pesquisa fundamental em áreas como a física nuclear.

"Agora que podemos emular núcleos atômicos usando este método, temos uma ferramenta completamente nova para construir e analisar descrições teóricas das forças entre prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico, "diz o líder de pesquisa Andreas Ekström, Professor Associado do Departamento de Física da Chalmers.

Fundamental para entender nossa existência

O assunto pode soar como nicho, mas é de fato fundamental para compreender nossa existência e a estabilidade e origem da matéria visível. A maior parte da massa atômica reside no centro do átomo, em uma região densa chamada núcleo atômico. As partículas constituintes do núcleo, os prótons e nêutrons, são mantidos juntos por algo chamado de força forte. Embora esta força seja tão central para a nossa existência, ninguém sabe exatamente como funciona. Para aumentar nosso conhecimento e desvendar as propriedades fundamentais da matéria visível, os pesquisadores precisam ser capazes de modelar as propriedades dos núcleos atômicos com grande precisão.

A pesquisa básica em que Andreas Ekström e seus colegas estão trabalhando lança uma nova luz sobre tópicos que vão desde estrelas de nêutrons e suas propriedades, para a estrutura mais interna e decadência dos núcleos. A pesquisa básica em física nuclear também fornece informações essenciais para a astrofísica, física atômica, e física de partículas.

Abrindo portas para possibilidades completamente novas

"Estou extremamente animado por poder fazer cálculos com tanta precisão e eficiência. Em comparação com nossos métodos anteriores, parece que agora estamos computando na velocidade da luz. Em nosso trabalho contínuo aqui na Chalmers, esperamos melhorar ainda mais o método de emulação, e realizar análises estatísticas avançadas de nossos modelos de mecânica quântica. Com este método de emulação, parece que podemos obter resultados que antes eram considerados impossíveis. Isso certamente abre portas para possibilidades completamente novas, "diz Andreas Ekström.

Mais sobre o atalho matemático

O novo método de emulação é baseado em algo chamado continuação de vetor próprio (EVC). Ele permite a emulação de muitas propriedades da mecânica quântica de núcleos atômicos com incrível velocidade e precisão. Em vez de resolver diretamente o demorado e complexo problema de muitos corpos repetidamente, pesquisadores criaram um atalho matemático, usando uma transformação em um subespaço especial. Isso torna possível utilizar algumas soluções exatas para obter soluções aproximadas com muito mais rapidez.

Se o emulador funcionar bem, ele gera soluções que são quase exatamente - cerca de 99 por cento - semelhantes às soluções para o problema original. Em muitos aspectos, são os mesmos princípios usados ​​no aprendizado de máquina, mas não é uma rede neural ou um processo gaussiano - um método completamente novo a sustenta. O método EVC para emulação não se limita a núcleos atômicos, e os pesquisadores estão atualmente procurando mais em diferentes tipos de aplicações.