Его не должно существовать на Земле: первый в мире ядерный взрыв создал "невозможный" кристалл

16 июля 1945 года рассвет в Нью-Мексико, без сомнения, стал поворотным моментом в истории человечества. В 5:29 утра состоялось испытание "Тринити" армии США: детонация плутониевого имплозионного устройства, известного как "Гаджет" — первое в мире испытание ядерной бомбы. Теперь, спустя более 80 лет, ученые все еще обнаруживают следы его воздействия и один из них кажется невозможным, пишет Фокус.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Исследователи обнаружили, что в результате этого первого в мире преднамеренного ядерного взрыва образовался минерал. Еще более необычным кажется то, что при более обычных условиях этот кристалл попросту не смог бы существовать на нашей планете.

По словам руководителя исследования, геолога Луки Бинди из Флорентийского университета в Италии, экстремальные, кратковременные условия, создаваемые ядерными взрывами, могут приводить к образованию твердотельных фаз, недоступных для традиционного синтеза.

Теперь исследователи сообщают об открытии ранее неизвестного клатрата типа I силиката кальция и меди, образовавшегося во время ядерного испытания "Тринити" в 1945 году. Авторы отмечают, что это первый кристаллографически подтвержденный клатрат, идентифицированный среди продуктов ядерного взрыва.

Отметим, что взрыв был настолько драматичным, насколько можно было бы ожидать в такой разрушительный момент. Известно, что высвобожденная энергия была эквивалентна 21 килотонне тротила. Он также испарил 30-метровую испытательную башню и окружающую медную инфраструктуру, включая кабели и приборы, используемые для регистрации взрыва.

Образовавшийся огненный шар сплавил башню и медь с асфальтом и пустынным песком, которые поднялись в грибовидное облако, превратив смесь в стекловидный, ранее неизвестный материал, который позже получил название тринитит.

Именно в этом материале ученые обнаружили некоторые странные структуры. Например, в 2021 году Бинди с коллегами обнаружили неожиданный квазикристалл в редкой красной форме тринитита, содержащий металл из башни, кабелей и записывающих устройств. Теперь этот материал преподнес еще один сюрприз: рядом с квазикристаллом исследователи обнаружили клатрат — кристаллическую структуру, состоящую из атомов, расположенных в виде клетки, способной захватывать другие атомы внутри.

Кристалл — термин, используемый для описания расположения атомов внутри определенных материалов. Известно, что большинство кристаллов также образуются в стабильных условиях. Однако неорганические клатраты особенны тем, что для их образования требуются очень специфические условия, и они редко встречаются в природе.

Любопытно, что некоторые из этих условий наблюдались во время взрыва в Тринити, а именно:

• сильный удар;
• температура выше 1500 градусов по Цельсию;
• давление от 5 до 8 гигапаскалей, которое быстро снизилось.

За этим быстрым изменением последовало быстрое охлаждение, что позволило атомам тринитита собраться в необычные конфигурации, а затем зафиксироваться на месте, создав структуры, которые иначе не смогли бы образоваться.

По словам ученых, этот материал, по сути, представляет собой застывший во времени момент, сохраняющий минералогический снимок кратковременных температурных и барометрических условий, созданных во время детонации – настоящая находка для ученых. Исследования красного тринитита уже выявили ряд необычных фаз, и клатрат был обнаружен во время одного из таких анализов.

Дальнейшее исследование выявило необычную атомную конфигурацию – кубический клатрат типа 1, в котором "клетки" из атомов кремния удерживают отдельные атомы кальция, с присутствием следов меди и железа. Это первый клатрат, когда-либо обнаруженный в продуктах ядерного взрыва.

Здесь началось самое странное: условия, способствующие образованию клатратов, также способствуют и образованию квазикристаллов, а клатрат и квазикристалл имели схожий состав. Команда обнаружила, что эти две структуры могут быть связаны.

Ученые провели математическое моделирование, что позволило определить, мог ли квазикристалл возникнуть из клатрата. Результаты убедительно показали: в целом, этот путь возможен, но в данном конкретном случае концентрация меди была слишком высока. Это означает, что две совершенно разные кристаллические фазы, образованные из одних и тех же материалов в одних и тех же экстремальных условиях, возникли независимо в одном и том же образце.

Напомним, ранее мы писали о том, что физики создали очень прочный кристалл времени: в фильме Marvel его уже показали.

Ранее Фокус писал о том, что спустя 90 лет физики увидели загадочный Вигнеровский кристалл.

При написании использовались материалы Proceedings of the National Academy of Sciences, Science Alert.