Při prvním testu jaderné bomby na světě vzniklo kvazikrystalické „nemožné“

V 5:29 dne 16. července 1945, v Novém Mexiku, jste udělali děsivý kousek historie.

Úsvit Dawn byl roztržen, když armáda Spojených států odpálila zařízení pro tryskání plutonia známé jako přístroj – první test jaderné bomby na světě, známý jako test Trojice. Tento okamžik navždy změní válku.

Uvolnění energie, ekvivalent 21 kt TNT, odpařilo 30 metrů (98 stop) testovací věž a míle měděného drátu, které ji spojovaly se záznamovým zařízením. Výsledná ohnivá koule spojila věž a měď s asfaltem a pouštním pískem dole do zeleného skla – nového minerálu zvaného trojice.

O několik desetiletí později vědci objevili tajemství ukryté v kousku tohoto trinititu – vzácnou formu látky známé jako kvazikrystal, která byla dříve považována za nemožnou.

„Semikrystalické krystaly se tvoří v extrémních prostředích, které se na Zemi zřídka vyskytují,“ Vysvětlil geofyzik Terry Wallace z národní laboratoře v Los Alamos.

„Vyžaduje to traumatizující událost s intenzivním šokem, teplotou a tlakem. Obvykle to nevidíme, kromě něčeho tak dramatického, jako je jaderný výbuch.“

Většina krystalů, od pokorné kuchyňské soli po nejtvrdší diamant, se řídí stejným pravidlem: jejich atomy jsou uspořádány do mřížkové struktury, která se opakuje v trojrozměrném prostoru. Kvazikrystalické krystaly toto pravidlo porušují – vzor, ​​ve kterém jsou jejich atomy organizovány, se neopakuje.

Když se koncept poprvé objevil ve vědeckém světě v roce 1984, myslelo se, že tomu tak je V žádném případě: Krystaly byly buď uspořádané, nebo neuspořádané, mezi nimi nebyl žádný meziprodukt. Poté byly nalezeny, ve skutečnosti, vytvořeny v laboratorních podmínkách a ve volné přírodě – uvnitř hlubokých meteoritů, formovaných termodynamickým šokem z událostí, jako je účinek superrychlosti.

Věděli, že k výrobě kvazikrystalů jsou nutné extrémní podmínky, se tým vědců vedený geologem Lucem Bindim z italské Florencie rozhodl podrobněji podívat na Trojici.

Ale ne zelené věci. I když jsou neobvyklé, viděli jsme dostatek kvazikrystalů, abychom věděli, že mají tendenci zabudovávat minerály, takže tým šel hledat velmi vzácnou formu minerálu – červený trinitit, při pohledu na jeho barvu prostřednictvím odpařujících se měděných drátů v něm zabudovaných .

Pomocí technik, jako je skenovací elektronová mikroskopie a rentgenová difrakce, analyzovali šest malých vzorků tri-draselné červeně. Nakonec měli úspěch v jednom ze vzorků – malé 20stranné zrnko křemíku, mědi, vápníku a železa, s nemožnou pětibokou rotační symetrií v konvenčních krystalech – „nezamýšlený důsledek“ jiskření válek.

„Tento kvazikrystal je pozoruhodný svou složitostí – ale zatím nikdo neví, proč se vytvořil takto,“ Řekl Wallace.

„Jednoho dne to však vědec nebo inženýr objeví a měření nám bude odstraněno z očí a my budeme mít termodynamické vysvětlení, abychom to vytvořili. Pak, doufám, můžeme tyto znalosti využít k lepšímu pochopení jaderných výbuchů a nakonec k vedení k úplnějšímu obrazu toho, co představuje jaderný test. “

Nález představuje nejstarší antropogenní kvazikrystaly a naznačuje, že mohou existovat další přirozené cesty k vytvoření kvazikrystalů. Například fulgurit roztaveného písku po úderu blesku a materiál z míst dopadu meteoritu by mohl být zdrojem kvazikrystalů ve volné přírodě.

Vědci uvedli, že výzkum by nám také mohl pomoci lépe porozumět nelegálním jaderným zkouškám s konečným cílem omezit šíření jaderných zbraní. Studium kovaných minerálů na jiných místech jaderných zkoušek by mohlo odhalit více kvazikrystalů, jejichž termodynamické vlastnosti by mohly být nástrojem pro jadernou forenzní analýzu.

„Porozumění jaderným zbraním jiných zemí vyžaduje, abychom jasně porozuměli jejich programům jaderného testování,“ Řekl Wallace.

„Obvykle analyzujeme trosky a radioaktivní plyny, abychom pochopili, jak jsou vyráběny zbraně nebo materiály, které obsahují, ale tyto otisky prstů se degradují. Kvazi-krystal vytvořený na místě jaderného výbuchu nám může sdělit nové typy informací – a jsou to“ Zůstanu navždy. “

Výzkum byl publikován v PNAS.