«Невозможный» квазикристалл был создан в ходе 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 взорванной армией Соединенных Штатов. плутониевое взрывное устройство, 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 тротила, испарил 30-метровую испытательную вышку (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, спрятанный в куске этого тринитита — редкой формы. вещества, известного как квазикристалл, который когда-то считался невозможным.

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

«Они требуют травматического события с сильным ударом, температурой и давлением. Обычно мы этого не видим, за исключением чего-то столь драматичного, как ядерный взрыв».

Большинство кристаллов из скромных от поваренной соли до самых прочных алмазов подчиняются одному и тому же правилу: их атомы располагаются в решетчатой ​​структуре, повторяющейся в трехмерном пространстве. Квазикристаллы нарушают это правило — схема 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 промежутка. Затем они были действительно найдены, как созданные в лабораторных условиях, так и в дикой природе — глубоко внутри метеоритов, выкованные термодинамическим ударом в результате таких событий, как высокоскоростной удар.

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

Но не зелень. Хотя они необычны, мы видели достаточно квазикристаллов, чтобы знать, что они, как правило, включают в себя металлы, поэтому команда отправилась на поиски гораздо более редкой формы минерала — красного тринитита, учитывая его оттенок из-за включенных в него испаренных медных проволок. p>

Используя такие методы, как сканирующая электронная микроскопия и рентгеновская дифракция, они проанализировали шесть небольших образцов красного тринитита. Наконец, им удалось попасть в 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 исследование группы было опубликовано.

«Но когда-нибудь , ученый или инженер поймет это, и с наших глаз снимется пелена, и мы получим термодинамическое объяснение его создания. Затем, я надеюсь, мы сможем использовать эти знания, чтобы лучше понять ядерные взрывы и в конечном итоге привести к более полную картину того, что представляет собой ядерное испытание».

Это открытие представляет собой древнейший из известных антропогенных квазикристаллов и предполагает, что могут существовать и другие естественные пути образования квазикристаллов. Например, фульгуриты расплавленного песка, образованные ударами молнии, и материал с 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, заявили исследователи. Изучение минералов, образовавшихся на других полигонах ядерных испытаний, могло бы открыть больше квазикристаллов, термодинамические свойства которых могли бы стать инструментом ядерной криминалистики.

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

— Обычно мы анализируем радиоактивные обломки и газы, чтобы понять, как было создано оружие или какие материалы в нем содержатся, но эти признаки распадаются. Квазикристалл, который образуется на месте ядерный взрыв потенциально может сообщить нам новые типы информации, и они будут существовать вечно».

Исследование опубликовано в PNAS.