A legelső atombomba robbanása egy furcsa anyagot hozott létre, amit nemrég fedeztek fel

A tudósok a történelem első atomrobbantásának törmelékében egy kvázikristályt, az anyag furcsa formáját fedezték fel, amely dacol a kristály...

A tudósok a történelem első atomrobbantásának törmelékében egy kvázikristályt, az anyag furcsa formáját fedezték fel, amely dacol a kristályok szimmetriájának szokásos szabályaival.

Az új-mexikói Trinity atombomba-kísérlet során, 1945. július 16-án alakult ki ez a kvázikristály, amely a legrégebbi ismert ilyen típusú srtruktúra, amelyet emberek hoztak létre.

A rendkívüli leletre Luca Bindi, a Firenzei Egyetem Földtudományi Tanszékének ásvány- és kristálytani vezetője által vezetett csapat bukkant rá.

Bindi és munkatársai hangsúlyozták, hogy az újonnan azonosított kvázikristály az "első, amelyet atomrobbantás maradványaiban azonosítottak," és "egy eddig ismeretlen összetételt tartalmaz," - derült ki egy tanulmányból, amelyet hétfőn tettek közzé a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban. (1)

A kutatók "nagyon izgatottak" voltak, amikor felfedezték, mondta Bindi, mivel "nem voltak teljesen biztosak" a keresés eredményében. "Ez az új tanulmány arra enged következtetni, hogy a kvázikristályok sokkal gyakoribbak lehetnek, mint gondolták," - tette hozzá.

A kvázikristályok évtizedekig lenyűgözték a kutatókat, és végül Dan Shechtman anyagtudós kapott érte 2011-ben kémiai Nobel-díjat. Míg a normál kristályok periodikus és ismétlődő mintázatú atomokat tartalmaznak, a kvázikristályokban lévő atomok nem ismétlődnek szabályos mintázatban.

A különbség szemléltetésének egyik módja a csempézett padló elképzelése: a normál kristályok szépen illeszkedő csempéknek felelnek meg, amelyek ismétlődő formákhoz, például háromszögekhez vagy négyzetekhez, míg a kvázikristályok többféle alakú mozaikhoz hasonlítanak, amelyek nem illeszkednek tökéletesen egymáshoz, mint például az ötszögek vagy nyolcszögek. Ez a szokatlan szerkezet megkérdőjelezi az anyag hagyományos modelljeit, és sokoldalú alkalmazásokat eredményezett az anyagtudományban.

Számos szintetikus kvázikristályt hoztak létre laboratóriumokban, és ezek a furcsa képződmények a természetben is kialakulnak hihetetlen nyomás alatt. Például Bindi és Paul Steinhardt, a Princetoni Egyetem elméleti fizikusa, aki az új tanulmány vezetője volt, olyan erőfeszítéseket vezetett, amelyek meghatározták az első ismert kvázikristályokat az orosz Khatyrka meteoritban. A kristályok valószínűleg az űrben ütköző két aszteroida hatalmas erejéből keletkeztek.

"Kísérletünk, hogy létrehozzuk a meteoritban megfigyelt ásványi anyagokat laboratóriumban magas nyomás előállításával (alapvetően azzal, hogy lövedéket nagy sebességgel lőttünk egy rakás anyagra), sikeresen reprodukáltuk a meteoritban megfigyelt kvázikristályokat," - mondta Bindi. "Ez természetesen felvetette a kérdést: rejtőzhetnek-e kvázikristályok más sokkjelenségek maradványaiban, például atomrobbantásban?"

Az ihletnek ez a szikrája vezette el Bindit G. Nelson Eby, a massachusettsi Lowelli Egyetem geotudományi professzorának munkájához, aki az új tanulmány társszerzője. Eby és kollégái alaposan tanulmányozták a vörös trinitit néven ismert Trinity-teszt melléktermékét, a sivatagi homok "atomkőzetét," amely összeolvadt olyan mesterséges anyagokkal, mint a hangszerek rézhuzalai.

A vörös trinitit minta, ami a kvázikristályt tartalmazta

Bindi és munkatársai megszerezték a kőzet mintáit, amelyet eredetileg 1945-ben Lincoln LaPaz csillagász gyűjtött a robbanás helyéről. A csapat fejlett technikákkal, például visszaszórt pásztázó elektronmikroszkóppal és egykristályos röntgendiffrakciós elemzéssel vizsgálta a mintákat.

Az eredmények "egy eddig ismeretlen ikozaéderes kvázikristályt" tártak fel, amely szilíciumot, rezet, kalciumot és vasat tartalmazó elemekből jött létre, és amelyet "a laboratóriumban még nem sikerült szintetizálni". A felfedezés azt bizonyítja, hogy az anyag ezen furcsa formáját nukleáris robbanások eredményezhetik, és ez a megállapítás örömöt okozott a csapatnak.

Az új kutatás azt sugallja, hogy a kvázikristályok sok más helyen rejtőzhetnek, amelyek nagy nyomású sokkokat szenvedtek el, legyenek azok antropogének vagy természetesek. Ezen struktúrák további megtalálása segíthet a tudósoknak jobban megérteni kialakulását és bőségét, ami viszont áttörést eredményezhet a tiszta tudományban és a kereskedelmi anyagok alkalmazásában. Például a kvázikristályok speciális tulajdonságait tapadásgátló bevonatok, optikai technológiák és sebészeti berendezések kifejlesztésére használták fel.

Ebből a célból Bindi és munkatársai abban reménykednek, hogy antropogén kvázikristályokat találhatnak más nukleáris detonációs helyszíneken, miközben a Földön és más égitesteken található becsapódási krátereket is feltárhatják, hogy megtalálják a kvázikristályok természetes változatait. (2)

(1) - https://www.pnas.org/content/118/22/
(2) - https://www.vice.com/en/article/dyvp