Изучен «невозможный» квазикристалл, возникший при первых испытаниях ядерной бомбы
Ученые изучили красный тринитит — квазикристалл, редкую форму материи, которая когда-то считалась невозможной.
Исследование опубликовано в PNAS, коротко о нем рассказывает Science Alert.
16 июля 1945 года в 05:29 в ходе первого в мире ядерного испытания в штате Нью-Мексико была взорвана плутониевая бомба Gadget. Выделение энергии, эквивалентное 21 килотонне в тротиловом эквиваленте, сплавило песок, асфальт и медные провода в новый квазикристаллический минерал под названием тринитит.
Большинство кристаллов, от простой 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 — структура их атомов не повторяется.
Когда эта гипотеза впервые появилась в научном мире в 1984 году, это считалось невозможным: кристаллы обязаны быть упорядочены без каких-либо исключений. Затем квазикристаллы удалось получить в лабораторных условиях, а затем и обнаружить в природе — глубоко внутри метеоритов, где квазикристаллы образовались от ударов на огромной скорости.
«Квазикристаллы образуются в экстремальных условиях, которые редко существуют на Земле, — объяснил геофизик Терри Уоллес из Национальной лаборатории Лос-Аламоса. — Для их образования нужно особое событие с экстремальным ударом, температурой и давлением. Обычно таких условий на нашей планете нет, за исключением ядерного взрыва».
Зная, что для возникновения квазикристаллов требуются экстремальные условия, группа ученых во главе с геологом Лукой Бинди из Университета Флоренции в Италии решила более внимательно изучить тринитит — самый старый из известных антропогенных квазикристаллов. Однако они искали очень редкую форму минерала — красный тринитит, в который включена испаренная медная проволока.
Используя такие методы, как сканирующая электронная микроскопия и дифракция рентгеновских лучей, ученые проанализировали шесть небольших образцов красного тринитита. В одном из образцов они обнаружили крошечное 20-гранное зерно из кремния, меди, кальция и железа с пятикратной вращательной симметрией, невозможной в обычных кристаллах.
«Этот квазикристалл великолепен по своей сложности, но никто пока не может сказать нам, почему он образовался таким образом, — сказал Уоллес. — Когда-нибудь мы получим термодинамическое объяснение его создания и сможем использовать эти знания, чтобы лучше понять процесс ядерного взрыва».
Исследование также может помочь нам обнаруживать незаконные ядерные испытания. «Обычно мы анализируем радиоактивные обломки и газы, чтобы понять, как было создано оружие или какие материалы оно содержало, но эти сигнатуры распадаются. Квазикристалл, который образуется на месте ядерного взрыва, потенциально может сообщить нам новые типы информации — и они будут существовать вечно», — заключили ученые.
Фото: Bindi et al.
Найден способ предсказывать извержения вулканов по старым кристаллам лавы
В антарктическом льду нашли марсианский минерал
