Його не повинно існувати на Землі: перший у світі ядерний вибух створив "неможливий" кристал

16 липня 1945 року світанок у Нью-Мексико, без сумніву, став поворотним моментом в історії людства. О 5:29 ранку відбулося випробування "Трініті" армії США: детонація плутонієвого імплозійного пристрою, відомого як "Гаджет", — перше у світі випробування ядерної бомби. Тепер, через понад 80 років, вчені все ще виявляють сліди його впливу і один з них здається неможливим, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дослідники виявили, що в результаті цього першого у світі навмисного ядерного вибуху утворився мінерал. Ще більш незвичайним здається те, що за більш звичайних умов цей кристал просто не зміг би існувати на нашій планеті.

За словами керівника дослідження, геолога Луки Бінді з Флорентійського університету в Італії, екстремальні, короткочасні умови, що створюються ядерними вибухами, можуть призводити до утворення твердотільних фаз, недоступних для традиційного синтезу.

Тепер дослідники повідомляють про відкриття раніше невідомого клатрату типу I силікату кальцію і міді, що утворився під час ядерного випробування "Трініті" 1945 року. Автори зазначають, що це перший кристалографічно підтверджений клатрат, ідентифікований серед продуктів ядерного вибуху.

Зазначимо, що вибух був настільки драматичним, наскільки можна було б очікувати в такий руйнівний момент. Відомо, що вивільнена енергія була еквівалентна 21 кілотону тротилу. Він також випарував 30-метрову випробувальну вежу і навколишню мідну інфраструктуру, включно з кабелями та приладами, що використовуються для реєстрації вибуху.

Вогняна куля, що утворилася, сплавила вежу і мідь з асфальтом і пустельним піском, які піднялися в грибоподібну хмару, перетворивши суміш на склоподібний, раніше невідомий матеріал, який пізніше отримав назву тринітит.

Саме в цьому матеріалі вчені виявили деякі дивні структури. Наприклад, 2021 року Бінді з колегами виявили несподіваний квазікристал у рідкісній червоній формі тринітиту, який містив метал із вежі, кабелів і записувальних пристроїв. Тепер цей матеріал підніс ще один сюрприз: поруч із квазікристалом дослідники виявили клатрат — кристалічну структуру, що складається з атомів, розташованих у вигляді клітини, здатної захоплювати інші атоми всередині.

Кристал — термін, що використовується для опису розташування атомів усередині певних матеріалів. Відомо, що більшість кристалів також утворюються в стабільних умовах. Однак неорганічні клатрати особливі тим, що для їхнього утворення потрібні дуже специфічні умови, і вони рідко зустрічаються в природі.

Цікаво, що деякі з цих умов спостерігалися під час вибуху в Трініті, а саме:

• сильний удар;
• температура вище 1500 градусів за Цельсієм;
• тиск від 5 до 8 гігапаскалів, який швидко знизився.

За цією швидкою зміною послідувало швидке охолодження, що дало змогу атомам тринітиту зібратися в незвичайні конфігурації, а потім зафіксуватися на місці, створивши структури, які інакше не змогли б утворитися.

За словами вчених, цей матеріал, по суті, являє собою застиглий у часі момент, що зберігає мінералогічний знімок короткочасних температурних і барометричних умов, створених під час детонації, — справжня знахідка для вчених. Дослідження червоного тринітиту вже виявили низку незвичайних фаз, і клатрат був виявлений під час одного з таких аналізів.

Подальше дослідження виявило незвичайну атомну конфігурацію — кубічний клатрат типу 1, в якому "клітини" з атомів кремнію утримують окремі атоми кальцію, з присутністю слідів міді та заліза. Це перший клатрат, коли-небудь виявлений у продуктах ядерного вибуху.

Тут почалося найдивніше: умови, що сприяють утворенню клатратів, також сприяють і утворенню квазікристалів, а клатрат і квазікристал мали схожий склад. Команда виявила, що ці дві структури можуть бути пов'язані.

Вчені провели математичне моделювання, що дало змогу визначити, чи міг квазікристал виникнути з клатрату. Результати переконливо засвідчили: загалом, цей шлях можливий, але в цьому конкретному випадку концентрація міді була надто високою. Це означає, що дві абсолютно різні кристалічні фази, утворені з одних і тих самих матеріалів за одних і тих самих екстремальних умов, виникли незалежно в одному і тому ж зразку.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що фізики створили дуже міцний кристал часу: у фільмі Marvel його вже показали.

Раніше Фокус писав про те, що через 90 років фізики побачили загадковий Вігнерівський кристал.

Під час написання використовували матеріали Proceedings of the National Academy of Sciences, Science Alert.