«Неможливий» кристал був утворений під час першого випробування ядерної бомби

О 5:29 ранку 16 липня 1945 року в штаті Нью-Мексико був зроблений жахливий зріз історії. Спокій на світанку було розірвано, коли армія Сполучених Штатів підірвала плутонієвий вибуховий пристрій, відомий як «Гаджет» — перше у світі випробування ядерної бомби, відоме як «Трініті». Цей момент назавжди змінить війну.

Викид енергії, еквівалентний 21 кілотонні в тротиловому еквіваленті, випарував 30-метрову випробувальну вежу (98 футів) і милі мідних проводів, що з’єднують її з обладнанням, що записує. Вогненна куля, що утворилася, сплавила вежу і мідь з асфальтом і піском пустелі внизу в зелене скло — новий мінерал під назвою тринітіт.

Через десятиліття вчені відкрили секрет, прихований у шматку цього тринітіту — рідкісної форми матерії, відомої як квазікристал, яка колись вважалася неможливою.

«Квазікристали утворюються в екстремальних умовах, які рідко існують на Землі», — пояснив геофізик Террі Уоллес із Національної лабораторії Лос-Аламосу у 2021 році. «Їм потрібна травмуюча подія із сильним шоком, температурою та тиском. Зазвичай ми цього не бачимо, за винятком чогось такого драматичного, як ядерний вибух».

Більшість кристалів, від простої кухонної солі до найтвердіших алмазів, підпорядковуються одному й тому правилу: їх атоми перебувають у ґратчастій структурі, повторюваної тривимірному просторі. Квазікристали порушують це правило — візерунок розташування їх атомів не повторюється.

Коли ця концепція вперше з’явилася у науковому світі 1984 року, це вважалося неможливим: кристали або впорядковані, або неупорядковані, без будь-якого проміжного стану. Потім вони були дійсно знайдені як створені в лабораторних умовах, так і в дикій природі — глибоко всередині метеоритів, створені термодинамічний шок в результаті таких подій, як зіткнення з надшвидкістю.

Знаючи, що для виробництва квазікристалів потрібні екстремальні умови, команда вчених під керівництвом геолога Луки Бінді з Флорентійського університету в Італії вирішила ближче розглянути тринітит.

Але не зелені речі. Незважаючи на те, що вони є рідкісними, ми бачили достатньо квазікристалів, щоб знати, що вони мають тенденцію включати метали, тому команда вирушила на пошуки набагато рідшої форми мінералу – червоного тринітиту, враховуючи його відтінок через випаровані мідні дроти, включені в нього.

Використовуючи такі методи, як скануюча електронна мікроскопія та рентгенівська дифракція, вони проаналізували шість невеликих зразків червоного тринітиту. Нарешті, вони отримали влучний результат в одному із зразків – крихітне 20-гранне зерно кремнію, міді, кальцію та заліза з п’ятикратною обертальною симетрією, неможливою для звичайних кристалів – «непередбачений наслідок» розпалювання війни.

«Цей квазікристал є чудовим у своїй складності, але поки що ніхто не може сказати нам, чому він утворився таким чином», — пояснив Уоллес у 2021 році, коли було опубліковано дослідження команди.

«Але одного дня вчений чи інженер з’ясує це, і терези знімуться з наших очей, і ми матимемо термодинамічне пояснення його створення. Тоді, я сподіваюся, ми зможемо використати ці знання, щоб краще зрозуміти ядерні вибухи та зрештою призведе до повнішої картини того, що представляють собою ядерні випробування».

Це відкриття представляє найстаріший відомий антропогенний квазікристал і припускає, що можуть існувати інші природні шляхи утворення квазікристалів. Наприклад, джерелом квазікристалів у природі можуть бути фульгурити з розплавленого піску, викувані ударами блискавки, і матеріал із місць падіння метеорита.

Дослідження також може допомогти нам краще зрозуміти незаконні ядерні випробування з кінцевою метою стримування розповсюдження ядерної зброї, вважають дослідники. Вивчення мінералів, вироблених на інших ядерних випробувальних майданчиках, може виявити більше квазікристалів, термодинамічні властивості яких можуть бути інструментом для ядерної криміналістики.

«Розуміння ядерної зброї інших країн вимагає від нас чіткого розуміння їхніх програм ядерних випробувань», — сказав Воллес. «Зазвичай ми аналізуємо радіоактивні уламки та гази, щоб зрозуміти, як була створена зброя чи які матеріали вона містила, але ці сигнатури розпадаються. Квазікристал, який утворюється на місці ядерного вибуху, потенційно може повідомити нам нові типи інформації — і вони» існуватиме вічно». Джерело