Единствената добре експонирана цветна снимка от теста "Тринити". (Jack W. Aeby/Manhattan Project/Public Domain)
Не винаги можем да посочим точния миг, в който светът се променя.
Но когато зората над Ню Мексико е разкъсана в 5:29 сутринта на 16 юли 1945 г., това без съмнение е бил повратен момент в историята на човечеството.
Тогава се провежда тестът "Тринити"на армията на САЩ детонацията на плутониево имплозионно устройство, известно като Gadget („Джаджата“) – първото в света изпитание на ядрена бомба. И повече от 80 години по-късно учените все още откриват следите от промените, които то е предизвикало.
Сега, в минерал, формиран в яростта на първия умишлено предизвикан ядрен взрив в света, учените са открили кристал, който при нормални обстоятелства не би могъл да съществува на Земята.
„Екстремните, краткотрайни условия, създадени при ядрени детонации, могат да породят твърдотелни фази, недостъпни за конвенционалния синтез“, пише екип, ръководен от Лука Бинди Университета на Флоренция, Италия.
„Съобщаваме за откриването на неизвестен досега калциево-медно-силикатен клатрат тип I, формиран по време на ядрения тест Trinity през 1945 г. Това е първият кристалографски потвърден клатрат, идентифициран сред продуктите на ядрена експлозия.“
Взривът, който разтопява пустинята
Самата експлозия е била толкова драматична, колкото може да се очаква от подобен опустошителен момент.
Освободената енергия е била еквивалентна на 21 килотона тротил.
Тя е изпарила 30-метровата тестова кула, както и околната медна инфраструктура, включително кабели и измервателни уреди, използвани за регистриране на взрива.
Образуваното огнено кълбо е сляло остатъците от кулата и медта с асфалта и пустинния пясък, засмукани в гъбовидния облак, превръщайки тази смес в стъкловиден материал, невиждан дотогава, който по-късно получава името тринитит (trinitite).
Странностите, скрити в тринитита
Именно в този материал учените откриват някои необичайни структури.
През 2021 г. Бинди и колегите му идентифицират неочакван квазикристал в рядката червена форма на тринитита, съдържаща метал от кулата, кабелите и измервателните инструменти.
...а сега този вариант на материала е поднесъл още една изненада.
Пробата от червен тринитит, в която е открит клатратът. (Bindi et al., PNAS, 2026)
Точно до квазикристала изследователите откриват клатрат – кристална структура, изградена от атоми, подредени в решетка, подобна на клетка, способна да „улавя“ други атоми в себе си.
Какво е клатрат?
„Кристал“ е термин, който описва начина, по който атомите са подредени вътре в определени материали, а повечето кристали се формират при стабилни условия.
Неорганичните клатрати обаче са специални, защото изискват изключително специфични условия, за да се образуват, и рядко се срещат в природата.
Някои от тези условия за кратко са били налице по време на експлозията Trinity:
- екстремен ударен натиск,
- температура над 1500°C,
- налягане от 5 до 8 гигапаскала,
...след което всичко е спаднало рязко.
Тази внезапна промяна, последвана от бързо охлаждане, е позволила на атомите в тринитита да се подредят в необичайни конфигурации и след това да бъдат „заключени“ на място, създавайки структури, които иначе не биха могли да се формират.
Миг, застинал във времето
Този материал по същество представлява замръзнал момент във времето.
Той съхранява минералогичен отпечатък от краткотрайните температурни и налягания, възникнали по време на детонацията, което го прави истинска съкровищница за учените.
Изследванията на червения тринитит вече са разкрили редица необичайни фази, а клатратът е излязъл наяве именно по време на един такъв анализ.
Чрез рентгенова дифракция изследователите анализират проба от червен тринитит и идентифицират богата на мед микрокапка, вградена в материала.
По-нататъшното изследване разкрива необичайна атомна конфигурация: кубичен клатрат тип 1, при който „клетки“ от силициеви атоми задържат единични калциеви атоми, с наличие на следи от мед и желязо.
Това е първият клатрат, откриван някога в продуктите на ядрена експлозия.
Още по-странното: две различни структури, родени едновременно
Тук нещата стават още по-интересни.
Тъй като условията, които образуват клатрати, също така благоприятстват и формирането на квазикристали, а двата обекта имат сходен химичен състав, Бинди и колегите му предполагат, че може да са свързани.
Те извършват математическо моделиране, за да проверят дали квазикристалът е могъл да възникне от клатрата.
Резултатите обаче силно подсказват, че макар този път по принцип да е възможен, в конкретния случай концентрацията на мед е била твърде висока.
Това означава, че две напълно различни кристални фази, формирани от едни и същи материали при едни и същи екстремни условия, са възникнали независимо една от друга в рамките на една и съща проба.
„Тези открития изключват опростено структурно тълкуване на Trinity квазикристала, базирано на клатрати, и подчертават уникалния характер на богатите на силиций фази, генерирани при екстремни условия“, пишат изследователите.
Защо това е важно
Подобни изследвания могат да помогнат на учените да разберат по-добре ефектите от ядрените тестове, а също и да предложат нови съдебно-научни инструменти за анализ на места, където са се случвали подобни експлозии.
Но значението им е и по-широко.
Както отбелязват изследователите:
„Тази работа показва как редки, високоенергийни събития, като ядрени детонации, удари от мълнии и свръхскоростни сблъсъци, действат като естествени лаборатории за създаване на неочаквани кристални форми на материята и за критично тестване на структурни модели, които са извън обсега на конвенционалния синтез.“
Резултатите са публикувани в Proceedings of the National Academy of Sciences.
