Projektbeschreibung
Eine vollständige Lösung des Problems der Vorzeichen bei Fermionen
Das Vorzeichenproblem der Fermionen ist das größte Hindernis bei Quanten-Monte-Carlo-Berechnungen. Zur Klärung dieser Fragen wird eine Lösung benötigt: Welcher Art ist der Phasenübergang von Wasserstoff vom Isolator zum Metall bei hohem Druck? Wie wirken sich die elektronischen Eigenschaften von Wasserstoff auf die Entwicklung von Riesenplaneten und Braunen Zwergen aus? Wie kann ein Wasserstoffpellet am besten komprimiert werden, um in einem Fusionsreaktor effizient elektrischen Strom zu erzeugen? Das ERC-finanzierte Projekt PREXTREME wird eine neuartige Lösung für diese Probleme erforschen. Der Ansatz des Projekts wird die Quanten-Vielteilchentheorie revolutionieren, mit wichtigen Auswirkungen auf eine Reihe von Gebieten, einschließlich der Hochtemperatursupraleitung.
Ziel
Matter at extreme densities and temperatures is ubiquitous in nature and occurs, e.g. in planetary interiors. In addition, such warm dense matter (WDM) conditions are of high importance to technological applications such as nuclear fusion. Therefore, there has been a remarkable investment in the experimental realization of WDM in large research facilities around the globe, leading to a number of spectacular discoveries.
Yet, the absence of a reliable theoretical description of WDM is severely hampering this progress. This is best illustrated by considering hydrogen, the most simple and abundant element in the universe. Even here, a multitude of pressing questions continues to be unanswered: What is the nature of the insulator-to-metal phase transition of hydrogen at high pressure? How do electronic properties of hydrogen impact the evolution of giant planets and brown dwarfs? And how can a hydrogen pellet best be compressed to efficiently produce electrical power in a fusion reactor?
The central obstacle on the path towards answers to these questions is the fermion sign problem, one of the most fundamental computational bottlenecks in physics, chemistry, and related disciplines. Recently, a number of methodological breakthroughs has allowed me to present the first accurate data for the electronic properties of WDM over substantial parts of the relevant parameter space. This was achieved using supercomputers and the data-driven construction of AI surrogate models.
In PREXTREME, I propose to explore a hitherto unattempted complete solution to the sign problem, which will allow me to answer many questions about warm dense hydrogen and heavier elements with a direct impact on applications in material science, astrophysical models, and nuclear fusion. Moreover, my envisioned approach will revolutionize quantum many-body theory, with important implications for a gamut of fields including high-temperature superconductivity, high-pressure-physics and ultracold atoms.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2022-STG
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