1945 metų branduolinis bandymas sukūrė medžiagą, kuri glumina mokslininkus iki šiol

1945 metų liepos 16 dieną Naujosios Meksikos dykumoje įvykdytas JAV kariuomenės Trinčio bandymas ne tik pradėjo branduolinį amžių, bet ir paliko netikėtą „parašą“ medžiagose. Mokslininkai skelbia aptikę kristalą, kuris įprastomis Žemės sąlygomis apskritai neturėtų susiformuoti.

Atradimas padarytas tiriant trinititą – stiklišką, po sprogimo susidariusią medžiagą, kai karščio banga išlydė dykumos smėlį ir įtraukė metalo daleles iš bandymo infrastruktūros. Būtent trinitite užfiksuotos trumpalaikės, ekstremalios temperatūros ir slėgio sąlygos, kurios akimirksniu pakito ir greitai atvėso.

Kas rasta trinitite

Tyrėjų komanda, vadovaujama Florencijos universiteto geologo Luca Bindi, praneša identifikavusi anksčiau nežinotą kalcio, vario ir silicio junginio kristalinę fazę. Tai vadinamoji I tipo klatrato struktūra, kai atomai sudaro „narvelius“, galinčius „įkalinti“ kitus atomus.

Šį klatratą mokslininkai aptiko raudonosios trinitito atmainos mėginyje, vario turtingame lašelyje. Struktūrai nustatyti naudota rentgeno spindulių difrakcija, leidžianti tiksliai atsekti atomų išsidėstymą kristale.

„Branduolinių detonacijų sukurtos trumpalaikės ekstremalios sąlygos gali suformuoti kietosios būsenos fazes, kurios įprastais sintezės būdais nepasiekiamos“, – rašė tyrėjai.

Kodėl tai vadinama neįmanomu

Neorganiniai klatratai gamtoje aptinkami itin retai, nes jiems susiformuoti reikia labai specifinių sąlygų. Trinčio sprogimo metu jos, bent trumpam, sutapo: staigus smūgis, labai aukšta temperatūra ir didžiulis slėgis, po kurio sekė greitas „užšaldantis“ atvėsimas.

Tokie staigūs pokyčiai leidžia atomams persitvarkyti į neįprastas konfigūracijas ir „užsirakinti“ vietoje, kol sistema nespėja grįžti į įprastą, termodinamiškai stabilesnę būseną. Dėl to trinititas tampa tarsi momentine nuotrauka, parodančia, kas vyko per kelias akimirkas po detonacijos.

Šalia rado ir kvazikristalą

Tame pačiame kontekste mokslininkai primena ankstesnį radinį: 2021 metais toje pačioje trinitito atmainoje buvo identifikuotas kvazikristalas – dar viena reta, neperiodiška atomų tvarka pasižyminti struktūra. Naujausias klatrato atradimas užfiksuotas greta kvazikristalo, todėl kilo klausimas, ar šios fazės galėjo būti susijusios.

Atlikus modeliavimą, tyrėjai padarė išvadą, kad konkrečiame mėginyje kvazikristalas greičiausiai nesusidarė „iš“ klatrato. Nors teorinis kelias įmanomas, šiuo atveju tam, kaip teigiama, trukdė per didelė vario koncentracija, todėl abi skirtingos kristalinės fazės galėjo susiformuoti nepriklausomai.

„Šie rezultatai pabrėžia skirtingą silicio turtingų fazių, susidariusių ekstremaliomis sąlygomis, prigimtį“, – teigė autoriai.

Tyrėjų vertinimu, tokie radiniai svarbūs ne vien mineralogijai. Jie gali padėti geriau suprasti, kaip branduoliniai bandymai keičia aplinką ir medžiagas, taip pat prisidėti prie branduolinės kriminalistikos – metodų, leidžiančių tiksliau identifikuoti ir analizuoti sprogimų pėdsakus.

Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences.