Почти 80 години след първата ядрена експлозия в историята, учените продължават да откриват следи от необичайни форми на материя, създадени при екстремните условия на теста „Тринити“ — събитие, което променя хода на науката, войната и света.

Изследване на международен екип, ръководен от проф. Лука Бинди, професор по минералогия в катедрата по науки за Земята в Университета във Флоренция, разкрива напълно нов тип материал, открит в т.нар. тринитит — стъкловидната субстанция, образувана от разтопен пустинен пясък след взрива през 1945 г. Проучването е публикувано в списание PNAS и описва екстремно неравновесен синтез на Ca-Cu-Si клатрат — структура, която досега не е наблюдавана нито в природата, нито в лабораторни условия.

На 16 юли 1945 г. в пустинята на щата Ню Мексико в рамките на проекта „Манхатън“ е извършен тестът „Тринити“ — първото изпитание на плутониева имплозионна бомба. Под научното ръководство на физика Робърт Опенхаймер експлозията освобождава енергия, равняваща се на около 25 килотона тротил.

Взривът създава огнено кълбо с диаметър от километри, което разтапя пясъка на пустинята и изпарява метални компоненти на оборудването. Когато облакът се разсейва, на мястото остава нов материал — тринитит, стъкловидна маса, която се превръща в уникална природна лаборатория за изучаване на материя при екстремни условия.

Новият материал: кристал, роден от хаос

В рамките на тринитита учените откриват клатрат — сложна „клетъчна“ кристална структура, изградена от силициеви атоми, която образува кухини, в които се улавят атоми на калций, мед и желязо.

Според изследователите това е напълно нов клас клатратен кристал, възникнал при изключително високи температури — над 1500°C — и налягания, достигащи гигапаскали. При тези условия материята се е разтопявала, изпарявала и рекристализирала за части от секундата, без време да достигне стабилно състояние.

„Това е пример за напълно неравновесна кристализация, при която атомите са ‘замръзнали’ в структури, които иначе не биха могли да съществуват“, обяснява проф. Бинди.

Клатратът е открит в медно-богата метална капка, вградена в тринитита — своеобразен „микрокосмос“, запечатал физиката на момента на взрива.

Откритието не е изолиран случай. Предишни изследвания на същия материал са идентифицирали и квазикристали — друга изключително рядка форма на материя, която има подредена, но непериодична атомна структура и дълго време е била смятана за невъзможна.

Подобни структури са откривани и в метеорити, което подсказва, че екстремни събития — като космически сблъсъци или ядрени експлозии — могат да създават условия, недостижими в обичайните лаборатории.

Според учените различните минерали в тринитита са се формирали в зависимост от локалния химичен състав — например наличието или липсата на мед е определяло дали ще се образува клатрат или квазикристал.

Изследователите подчертават, че подобни открития показват как дори най-екстремните и разрушителни събития могат да се превърнат в източник на научно знание.

„Ядрени експлозии, мълнии и метеоритни удари действат като естествени лаборатории“, отбелязват авторите. „Те ни позволяват да наблюдаваме форми на материята, които не можем да възпроизведем по конвенционален начин.“

Заключението на екипа е, че изучаването на такива материали не само разширява фундаменталната физика и минералогия, но може да даде и насоки за бъдещо проектиране на нови, високотехнологични материали.