Ученые обнаружили странную новую форму кристалла, которая появилась в ходе первого в мире испытания ядерного оружия. Это любопытное творение, известное как «квазикристалл», состоит из песка и меди, образующих чрезвычайно редкую атомную структуру.
По своей природе кристаллы точно следуют правилам: их атомы выстраиваются в высокоупорядоченные решетки, образуя узоры, повторяющиеся в трех измерениях. Квазикристаллы, однако, получили только половину этого набора правил — их атомная структура по-прежнему высоко упорядочена, но она не повторяются. Эти странные структуры были впервые обнаружены в 1980-х годах и с тех пор создаются в лаборатории в различных формах.
В 2011 году ученые обнаружили квазикристаллы во фрагментах метеорита, что ранее считалось невозможным. Видимо они образовались в результате сильного столкновения двух астероидов, что заставило ученых задуматься о том, какие другие энергетические процессы могут создавать квазикристаллы. И немногие события дают столько энергии, как испытания ядерной бомбы.
«Квазикристаллы образуются в экстремальных условиях, которые редко существуют на Земле», — говорит Терри Уоллес, соавтор исследования. «Им требуется особый катастрофический случай с сильной температурой и давлением. Обычно мы этого не видим, за исключением чего-то столь драматичного, как ядерный взрыв».
Итак, для нового исследования ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории изучили материал, взятый с участка Тринити, места самого первого испытания ядерного оружия в 1945 году. И действительно, похоже, что люди случайно смогли создать квазикристаллы за десятилетия до того, как их обнаружили.
Недавно идентифицированный квазикристалл был найден в образце красного тринитита и состоит из кремния, меди, кальция и железа. Кремний поступает из песка пустыни, который быстро превратился в стекло во время взрыва, в то время как высокое содержание меди, по-видимому, произошло из-за проводов, используемых для проведения теста. Материал из самой испытательной башни мог также слиться с причудливым кристаллом.
С технической точки зрения, этот квазикристалл обладает 5-кратной вращательной симметрией, то есть, если он повернут на полные 360 градусов, он будет выглядеть одинаково в пяти ориентациях на своем пути.
Куб, например, имеет четырехкратную симметрию вращения — он будет выглядеть одинаково с четырех углов во время одного полного вращения. Долгое время само определение кристалла ограничивало их 2-, 3-, 4- и 6-кратной вращательной симметрией.
Но это открытие — больше, чем просто научное любопытство, говорят ученые. Квазикристаллы можно было бы использовать для отслеживания несанкционированных ядерных испытаний.
«Обычно мы анализируем радиоактивный мусор и газы, чтобы понять, как было создано оружие и какие материалы оно содержало, но эти сигнатуры распадаются», — говорит Терри Уоллес. «Квазикристалл, который образуется на месте ядерного взрыва, потенциально может сообщить нам новые типы информации — и они будут существовать вечно».
Исследование было опубликовано в журнале PNAS.