Одной общей характеристикой некоторых систем, таких как полимеры, переохлажденные жидкости, коллоиды или спиновые стекла, является то, что им требуется очень много времени для достижения равновесия. Они определяются очень медленной динамикой при низких температурах.
На самом деле их динамика настолько медленная, что тепловое равновесие никогда не достигается в макроскопических образцах. Этот тип динамики характеризуется длиной корреляции или когерентности, которая указывает на то, что частицы, расположенные на более коротком расстоянии, чем эта длина, очень коррелированы.
Физики-теоретики могут рассчитать эту (микроскопическую) корреляционную длину, моделируя большое количество частиц и отслеживая индивидуальное поведение всех частиц в суперкомпьютере. Подобные исследования невозможно провести экспериментально (невозможно отследить все частицы системы), но можно рассчитать (макроскопическую) корреляционную длину, применяя к системе внешние поля, которые изменяют энергетические барьеры между различными состояния.
Благодаря суперкомпьютеру JANUS II исследователи из Испании и Италии (Институт биокомпьютации и физики сложных систем (BIFI) Университета Сарагосы, Мадридский университет Комплутенсе, Университет Эстремадура, Римский университет Ла Сапиенца и Университет Феррары), уточнили расчет микроскопической корреляционной длины и воспроизвели экспериментальный протокол, что позволило им рассчитать макроскопическую длину.
Успех моделирования подтвердил, что как микроскопическая, так и экспериментальная (макроскопическая) длина равны.
«Это исследование обеспечивает теоретическую основу для исследований этих физических систем, а полученные результаты позволяют напрямую связать теоретические разработки с экспериментальными. Мы провели исследование, взяв в качестве эталона спиновые очки, потому что их легче изучать в качестве эталонной системы », – объясняет Хуан Хесус Руис Лоренцо, физик-теоретик из UEx и один из авторов этого исследования, опубликованного в журнале.
Письма с физическими проверками.
Компьютер JANUS
Компьютер JANUS II – суперкомпьютер нового поколения, расположенный в БИФИ (Институт биокомпьютеров и физики сложных систем). «Благодаря этому« специализированному »компьютеру мы можем моделировать одну секунду эксперимента в пределах времени эксперимента», – говорит Хуан Хесус Руис Лоренцо. JANUS II – это специализированный суперкомпьютер на базе реконфигурируемых процессоров FPGA.
Исследователи воспроизвели знаменательный эксперимент на суперкомпьютерах Janus I и Janus II, который измеряет длину когерентности в спиновых очках. Значение длины когерентности (корреляции), оцененное с помощью анализа микроскопических корреляционных функций, количественно согласуется с его измерениями с помощью макроскопических функций отклика.