Các nhà nghiên cứu đã thực hiện điều này với các tính toán hóa học lượng tử rất chi tiết nhằm cố gắng sát nhất có thể với tính chất vật lý và hóa lý thực của nước. Đây là lần đầu tiên người ta có thể nghiên cứu quá trình chuyển đổi này với mức độ chính xác như vậy. Nghiên cứu đã được trình bày trong bài báo khoa học “Sự chuyển đổi chất lỏng-lỏng trong nước từ những nguyên tắc đầu tiên”, đăng trên tạp chí Physical Review Letters.

Để hiểu rõ hơn về cách nước tương tác, các nhà nghiên cứu đã chạy mô phỏng phân tử trên siêu máy tính. Nếu bạn có một chiếc kính hiển vi cực mạnh, bạn có thể phóng to đến tận mức độ của các phân tử riêng lẻ và quan sát chúng di chuyển và tương tác trong thời gian thực. Những gì mà các nhà nghiên cứu đang làm là tạo ra gần như một bộ phim điện toán.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích cách các phân tử di chuyển và mô tả cấu trúc chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất nước khác nhau, bắt chước sự phân tách pha giữa chất lỏng có mật độ cao và mật độ thấp. Họ đã thu thập nhiều dữ liệu, chạy một số mô phỏng trong tối đa một năm và tiếp tục tinh chỉnh các thuật toán của họ để có kết quả chính xác hơn.

Thậm chí một thập kỷ trước, việc chạy các mô phỏng dài và chi tiết như vậy là không thể, nhưng học máy ngày nay đã cung cấp một lối tắt. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuật toán học máy để tính toán năng lượng trong cách các phân tử nước tương tác với nhau. Mô hình này thực hiện phép tính nhanh hơn đáng kể so với các kỹ thuật truyền thống, cho phép các mô phỏng diễn ra hiệu quả hơn nhiều.

Học máy không hoàn hảo, vì vậy cần có những đánh giá để cải thiện độ chính xác của các dự đoán. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra dự đoán của họ bằng các loại thuật toán mô phỏng khác nhau. Nếu nhiều mô phỏng cho kết quả tương tự, thì nó xác nhận tính chính xác của chúng.

Một số điều kiện mà các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm là những điều kiện khắc nghiệt có thể không tồn tại trực tiếp trên Trái đất, nhưng có khả năng tồn tại trong các môi trường nước khác nhau của hệ mặt trời, từ các đại dương của Europa đến nước ở trung tâm của sao chổi. Tuy nhiên, những phát hiện này cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu giải thích và dự đoán tốt hơn tính chất hóa lý phức tạp và kỳ lạ của nước, cung cấp thông tin về việc sử dụng nước trong các quy trình công nghiệp, phát triển các mô hình khí hậu tốt hơn, v.v. Chi tiết tham khảo tại:

Thomas E. Gartner, Pablo M. Piaggi, Roberto Car, Athanassios Z. Panagiotopoulos, Pablo G. Debenedetti. Liquid-Liquid Transition in Water from First Principles. Physical Review Letters, 2022; 129 (25) DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.255702

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn