«Невозможный» кристалл был выкован во время первого в мире испытания ядерной бомбы

В 5:29 утра 16 июля 1945 года в штате Нью-Мексико произошел ужасный срез истории.

Рассветное спокойствие было нарушено взрывом армии США. устройство имплозии плутония, известное как Гаджет – самое первое в мире испытание ядерной бомбы, известное как испытание Тринити. Этот момент навсегда изменит ход войны.

Выброс энергии, эквивалентный 21 килотонне в тротиловом эквиваленте, испарил 30-метровую испытательную башню (98 футов) и мили медных проводов, соединяющих ее с записывающим оборудованием. Образовавшийся огненный шар сплавил башню и медь с асфальтом и песком пустыни внизу в зеленое стекло – новый минерал под названием тринитит.

Десятилетия спустя ученые открыли секрет, скрытый в куске этого тринитита – редкой формы. материи, известной как квазикристалл, которую когда-то считали невозможной.

«Квазикристаллы образуются в экстремальных условиях, которые редко существуют на Земле», — объяснил геофизик Терри Уоллес из Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 2021 году.

«Им требуется травмирующее событие с сильным шоком, температурой и давлением. Обычно мы этого не видим, за исключением таких драматических событий, как ядерный взрыв».

Большинство кристаллов от скромных от поваренной соли до самых твердых алмазов подчиняются одному и тому же правилу: их атомы расположены в решетчатой ​​структуре, повторяющейся в трехмерном пространстве. Квазикристаллы нарушают это правило – порядок расположения их атомов не повторяется.

Когда эта концепция впервые появилась в научном мире в 1984 году, это считалось невозможным: кристаллы либо упорядочены, либо неупорядочены. без промежуточного положения. Затем они были действительно найдены, как созданные в лабораторных условиях, так и в дикой природе – глубоко внутри метеоритов, образовавшиеся в результате термодинамического шока в результате таких событий, как удар со сверхскоростью.

Зная, что для производства квазикристаллов необходимы экстремальные условия, команда ученых во главе с геологом Лукой Бинди из Флорентийского университета в Италии решили поближе изучить тринитит.

Но не зеленый материал. Хотя они и необычны, мы видели достаточно квазикристаллов, чтобы знать, что они имеют тенденцию включать в себя металлы, поэтому команда приступила к поиску гораздо более редкой формы минерала – красного тринитита, учитывая его оттенок, обусловленный включенными в него испаренными медными проволоками. p>

Используя такие методы, как сканирующая электронная микроскопия и рентгеновская дифракция, они проанализировали шесть небольших образцов красного тринитита. Наконец, им удалось найти один из образцов – крошечное 20-гранное зерно кремния, меди, кальция и железа с пятикратной вращательной симметрией, невозможной в обычных кристаллах – «непреднамеренное последствие» разжигания войны. p>

«Этот квазикристалл великолепен по своей сложности, но никто пока не может сказать нам, почему он образовался таким образом», — объяснил Уоллес в 2021 году, когда было опубликовано исследование команды.

«Но когда-нибудь , учёный или инженер выяснит это, и пелена спадет с наших глаз, и у нас появится термодинамическое объяснение его создания. Тогда, я надеюсь, мы сможем использовать эти знания, чтобы лучше понять ядерные взрывы и в конечном итоге привести к более полная картина того, что представляет собой ядерное испытание».

Это открытие представляет собой самый старый из известных антропогенных квазикристаллов и предполагает, что могут существовать и другие естественные пути образования квазикристаллов. Например, фульгуриты расплавленного песка, образовавшиеся в результате ударов молний, ​​и материалы из мест падения метеоритов могут быть источником квазикристаллов в дикой природе.

Исследование также может помочь нам лучше понять незаконные ядерные испытания, с конечной целью сдерживания распространения ядерного оружия, говорят исследователи. Изучение минералов, выкованных на других ядерных полигонах, могло бы обнаружить больше квазикристаллов, термодинамические свойства которых могли бы стать инструментом ядерной криминалистики.

«Понимание ядерного оружия других стран требует, чтобы мы имели четкое представление об их программ ядерных испытаний», — сказал Уоллес.

«Обычно мы анализируем радиоактивный мусор и газы, чтобы понять, как было построено оружие или какие материалы оно содержало, но эти признаки распадаются. На месте взрыва образуется квазикристалл. ядерный взрыв потенциально может сообщить нам новые типы информации — и они будут существовать вечно».

Исследование опубликовано в PNAS.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в мае 2021 г.