Nowy materiał odkryto podczas analizy niewielkich, szklistych kulek znajdowanych w piaskach Zatoki Hiroszimskiej. Powstały one 6 sierpnia 1945 roku, kiedy eksplozja bomby atomowej zamieniła budynki, metalowe konstrukcje, szkło, glebę i inne elementy miasta w rozgrzaną do tysięcy stopni mieszaninę par i stopionych materiałów. W trakcie gwałtownego ochładzania część tej materii zestaliła się w postaci mikroskopijnych drobin, które przetrwały do dziś.
Czytaj też: Materiał od bomb i reaktorów pokazał kwantową sztuczkę. Takie odkrycia zmieniają sposób myślenia o atomie
Zespół badawczy, któremu przewodził Luca Bindi, wziął pod lupę 34 próbki takich cząstek. W jednej z nich znajdował się maleńki kryształ o długości zaledwie około 10 mikrometrów. Analiza rentgenowska wykazała, że jest to wieloskładnikowy stop zawierający żelazo, chrom, nikiel, mangan, molibden, aluminium oraz krzem. Jeszcze bardziej niezwykła okazała się jego wewnętrzna budowa: układ atomów odpowiada strukturze, której wcześniej nie odnotowano ani w naturze, ani w materiałach wytwarzanych przez człowieka.
Naukowcy podkreślają, iż powstanie takiego stopu było możliwe dzięki wyjątkowym warunkom panującym podczas eksplozji. Temperatura ognistej kuli przekraczała 7000 stopni Celsjusza, a wszystkie otaczające materiały uległy niemal natychmiastowemu odparowaniu. Chwilę później nastąpiło błyskawiczne schłodzenie, które “zamroziło” atomy w nietypowym układzie, nieosiągalnym w standardowych procesach metalurgicznych.
Autorzy publikacji zamieszczonej w Science Advances dodają, iż wieloskładnikowe stopy są obecnie jednym z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju inżynierii materiałowej. Takie materiały potrafią łączyć bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporność na korozję oraz stabilność w wysokich temperaturach. Odkrycie z Hiroszimy może więc dostarczyć wskazówek, jak projektować nowe materiały o wyjątkowych właściwościach bez konieczności odtwarzania ekstremalnych warunków wybuchu jądrowego.
Badacze zaznaczają jednak, że odtworzenie tego stopu w laboratorium będzie ogromnym wyzwaniem. Nie wiadomo bowiem, jakie dokładnie ciśnienie, temperatura i tempo chłodzenia doprowadziły do jego powstania. Eksplozja atomowa stworzyła jednorazowe środowisko, w którym przez ułamki sekund zachodziły procesy praktycznie niemożliwe do kontrolowanego powtórzenia.
Czytaj też: Fizycy zaobserwowali świetlny stan topologiczny materii. Od dawna szukali na to dowodów
Poza tym wyciągnięte wnioski powinny być ważne w kontekście badań nad skutkami wybuchów jądrowych. Mikroskopijne cząstki zachowują zapis warunków panujących w momencie detonacji, dlatego mogą dostarczyć cennych informacji z zakresu kryminalistyki jądrowej. Analiza ich składu i struktury pozwala lepiej zrozumieć procesy fizyczne oraz chemiczne zachodzące podczas eksplozji i może znaleźć zastosowanie w badaniach nad bezpieczeństwem nuklearnym.
Źródło: Science Advances
