U mineralu nastalom u prvoj nuklearnoj eksploziji na svetu naučnici su otkrili kristal za koji se smatralo da na Zemlji ne može postojati u prirodnim uslovima. Otkriće pruža novi uvid u materijale koji nastaju pod ekstremnim pritiskom i temperaturom, a dogodilo se više od 80 godina nakon zloglasnog testa Trinity izvedenog 16. jula 1945. u Novom Meksiku, piše Svience Alert. Tog dana u 5,29 ujutru eksplodirala je prva nuklearna bomba u istoriji, poznata kao Gadget. Oslobođena energija bila je ekvivalentna snazi 21 kilotone TNT, a silina je u trenu isparila 30-metarski čelični toranj i svu okolnu bakrenu infrastrukturu, uključujući kablove i instrumente za merenje. Užarena vatrena kugla potom je stopila ostatke metala s pustinjskim peskom i asfaltom, stvarajući staklasti materijal kakav nikada pre nije viđen. Taj materijal je kasnije nazvan trinitit.
Upravo u tom jedinstvenom materijalu naučnici decenijama nalaze neobične strukture. Još 2021. tim predvođen geologom Lukom Bindijem sa Univerziteta u Firenci identifikovao je kvazikristal, strukturu sa uređenim ali neponavljajućim atomskim uzorkom, u retkoj crvenoj varijanti trinitita. Sada je ista vrsta materijala otkrila još jedno iznenađenje – kristal koji u normalnim okolnostima ne bi mogao nastati na Zemlji. „Ekstremni i kratkotrajni uslovi nastali nuklearnim detonacijama mogu proizvesti faze čvrstog stanja nedostupne konvencionalnoj sintezi”, navodi Bindijev tim. „Izveštavamo o otkriću dosad nepoznatog klatrata tipa I od kalcijum-bakarnog silikata, formiranog tokom nuklearnog testa 1945. godine; to je prvi kristalografski potvrđen klatrat pronađen među produktima nuklearne eksplozije.”
Klatrati su kristalne strukture u kojima atomi tvore rešetku nalik kavezu koja unutar sebe može zarobiti druge atome. Za razliku od većine kristala koji nastaju u stabilnim uslovima, anorganski klatrati zahtevaju vrlo specifične i izuzetno su retki u prirodi. Upravo takvi uvslovi, iako nakratko, postojali su u pomenutom nuklearnom testu: temperature više od 1.500 Celzijusovih stepeni i ptitisci između 5 i 8 gigapaskala, posle čega je uslijedilo naglo opadanje pritiska i brzo hlađenje. Ta brza promena omogućila je atomima da se slože u neobične konfiguracije i ostanu zaključani u strukturama koje se inače ne bi mogle formirati. Trinitit je stoga svojevrsni mineraloški zapis eksplozije.
Koristeći rendgensku difrakciju, istraživači su u uzorku crvenog trinitita pronašli sićušnu kapljicu bogatu bakrom. Dalja analiza otkrila je neobičnu atomsku konfiguraciju – kubni klatrat u kojem kavezi atoma silicijuma drže pojedinačne atome kalcijuma, uz tragove bakra i gvožđa. Zagonetku je predstavljala činjenica da je klatrat pronađen neposredno uz ranije otkriveni kvazikristal. Budući da su obe strukture nastale od sličnih materijala pod istim uslovima, naučnici su se pitali da li su povezane.
Matematičko modeliranje pokazalo je da, iako je u teoriji moguće da kvazikristal nastane iz klatrata, u ovom slučaju to nije bilo verovatno zbog previsoke koncentracije bakra. To znači da su se dve vrlo različite kristalne faze formirale nezavisno jedna od druge, unutar istog uzorka i pod istim uslovima. „Ova otkrića isključuju jednostavno strukturno tumačenje Ttinity kvazikristala koje bi se temeljilo na klatratu i naglašavaju raznoliku prirodu faza bogatih silicijumom stvorenih u ekstremnim uslovima”, pišu istraživači. Nalazi su objavljeni u časopisu Proceeding of the National Adademy of Sciences.
(Ilustracija Jack W. Aeby/Manhattan Project)
(Indeks)
