Test Trinity 16 ms po detonacji

„Niemożliwy” kwazikryształ odkryty w rzadkim minerale

Podczas pierwszego na świecie testu bomby atomowej powstał „niemożliwy” kwazikryształ. Co to takiego?

16 lipca 1945 r. o 5:29, spokój świtu został przerwany, gdy armia Stanów Zjednoczonych postanowiła zdetonować plutonowy ładunek implozyjny, znany jako Gadżet. Był to pierwszy na świecie test bomby atomowej, nazwany Trinity, który na zawsze odmienił działania wojenne.

Wyzwolona energia, równa 21 kilotonom trotylu, doprowadziła do wyparowania 30-metrowej wieży testowej i kilometrów miedzianych przewodów łączących ją ze sprzętem nagrywającym. Powstała kula ognia połączyła wieżę i miedź z asfaltem i piaskiem pustynnym, tworząc zielone szkło – nowy minerał zwany trynitytem.

Dziesiątki lat później, naukowcy odkryli sekret ukryty w trynicie – rzadką formę materii znaną jako kwazikryształ.

Kwazikryształy powstają w ekstremalnych środowiskach, które rzadko występują na Ziemi. Wymagają one potężnego wydarzenia z ekstremalnym wstrząsem, temperaturą i ciśnieniem. Zazwyczaj tego nie widzimy, z wyjątkiem czegoś tak dramatycznego jak wybuch jądrowy.

Terry Wallace, geofizyk z Los Alamos National Laboratory

Czym są kwazikryształy?

Większość kryształów – od sypkiej soli kuchennej do najtwardszych diamentów – przestrzega tej samej zasady: ich atomy są ułożone w strukturę kratową, która powtarza się w przestrzeni trójwymiarowej. Kwazikryształy łamią tę regułę – wzór, w jaki ułożone są ich atomy, nie powtarza się.

Kiedy w 1984 r. pojęcie to pojawiło się po raz pierwszy w świecie nauki, uważano, że jest błędne. Twierdzono, że kryształy są albo uporządkowane, albo nieuporządkowane, bez żadnych elementów pośrednich. Potem faktycznie je znaleziono, zarówno stworzone w warunkach laboratoryjnych, jak i w przyrodzie – we wnętrzach meteorytów.

Wiedząc, że do wytworzenia kwazikryształów potrzebne są ekstremalne warunki, zespół naukowców pod kierownictwem geologa Luki Bindiego z Uniwersytetu Florenckiego we Włoszech postanowił przyjrzeć się bliżej trynitytowi. Naukowcy pod lupę wzięli czerwony trynityt, rzadszą formę minerału, która swój odcień zawdzięcza zawartym w nim odparowanym drutom miedzianym.

Czerwony trynityt

Używając takich technik jak skaningowa mikroskopia elektronowa i dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, uczeni przeanalizowali sześć małych próbek czerwonego trynitytu. W końcu trafili w jedną z próbek – maleńkie, 20-boczne ziarno krzemu, miedzi, wapnia i żelaza, z pięciokrotną symetrią obrotową niemożliwą do uzyskania w konwencjonalnych kryształach.

Ten kwazikryształ jest wspaniały w swojej złożoności, ale nikt jeszcze nie może nam powiedzieć, dlaczego powstał w ten sposób. Pewnego dnia jakiś naukowiec lub inżynier to rozgryzie, a my będziemy mieli termodynamiczne wyjaśnienie jego powstania. Wtedy będziemy mogli wykorzystać tę wiedzę, aby lepiej zrozumieć eksplozje jądrowe.

Terry Wallace

Odkrycie to stanowi najstarszy znany antropogeniczny kwazikryształ i sugeruje, że mogą istnieć inne naturalne ścieżki powstawania kwazikryształów. Na przykład fulguryty ze stopionego piasku wykute przez uderzenia piorunów czy materiały z miejsc uderzeń meteorów. Badania te mogą również pomóc nam lepiej zrozumieć nielegalne testy nuklearne, co w ostatecznym rozrachunku może przyczynić się do ograniczenia rozprzestrzeniania się broni jądrowej.