دانشمندان در بقایای اولین آزمایش هسته‌ای جهان کریستالی با ساختار کاملاً جدید کشف کردند

بیش از ۸۰ سال پس از نخستین آزمایش بمب هسته‌ای جهان، پژوهشگران در شیشه به‌جامانده از این انفجار نوعی کریستال منحصربه‌فرد کشف کرده‌اند که به‌گفته آنها تاکنون در طبیعت مشاهده نشده است.

این مطالعه به بقایای آزمایش «ترینیتی» (Trinity)، نخستین آزمایش هسته‌ای جهان، مربوط می‌شود که در ژوئیه ۱۹۴۵ در منطقه‌ای دورافتاده در ایالت نیومکزیکو آمریکا انجام شد. در این انفجار انرژی‌ معادل ۲۵ هزار تن TNT آزاد شد. شدت انفجار به‌قدری بود که برج محل قرارگیری بمب کاملاً تبخیر شد و شن‌های بیابان تا شعاع حدود ۳۰۰ متری ذوب و پس از سرد شدن به ماده‌ای شیشه‌ای تبدیل شدند.

دانشمندان بعدها این شیشه سبز و قرمز و تا حدی رادیواکتیو را «ترینیتایت» (Trinitite) نام‌گذاری کردند. اکنون پژوهشگران در نمونه‌ای از نوع قرمز این ماده کریستالی تازه پیدا کرده‌اند که جزئیات مربوط به آن در نشریه علمی PNAS اعلام شده است.

ترینیتایت، ماده‌ کریستالی منحصربه‌فرد حاصل از نخستین آزمایش بمب اتمی در سال ۱۹۴۵

بررسی‌ آنها درواقع از مطالعه نوع دیگری از ساختارهای معدنی آغاز شد. پژوهشگران ابتدا یک «شبه‌بلور» (Quasicrystal) غیرعادی را بررسی کردند که پیش‌تر در نمونه‌های قرمز ترینیتایت شناسایی شده بود. برخلاف بیشتر شبه‌بلورها که عمدتاً از آلومینیوم تشکیل می‌شوند، در این نمونه مقدار زیادی سیلیکون وجود داشته است. همین موضوع باعث شده پژوهشگران احتمال بدهند ساختارهای عجیب دیگری نیز در شیشه Trinity وجود داشته باشد.

«لوکا بیندی» (Luca Bindi)، کانی‌شناس دانشگاه فلورانس ایتالیا و نویسنده اول این پژوهش، همراه همکارانش برای بررسی دقیق‌تر نمونه‌ای نادر از ترینیتایت قرمز موسوم به «oxblood» از دو روش آزمایشگاهی با نام‌های «ریزکاوشگر الکترونی» و «پراش پرتو ایکس» استفاده کرده‌اند. ریزکاوشگر الکترونی دستگاهی است که با تاباندن پرتو الکترون می‌تواند ترکیب دقیق یک ماده را مشخص کند و نشان دهد چه عناصری در آن وجود دارد. در روش پراش پرتو ایکس نیز با استفاده از رفتار پرتوهای ایکس هنگام برخورد با ماده، نحوه چیدمان اتم‌ها در ساختار آن مشخص می‌شود.

به گفته پژوهشگران، رنگ قرمز تیره این نمونه به‌دلیل فروپاشی برج آزمایش و تجهیزات فلزی اطراف آن ایجاد شده است. هنگام انفجار، قطرات فلزی حاصل از این سازه‌ها در شیشه سیلیکونیِ مذاب گیر افتادند و همین موضوع باعث شد رنگ آن از سبز مایل به خاکستری به قرمز تغییر کند.

تصویری از آزمایش بمب اتمی ترینیتی در ۱۶ ژوئیه ۱۹۴۵

در بررسی این نمونه، پژوهشگران نوعی کریستال موسوم به «Clathrate» را شناسایی کردند که نمونه مشابهی از آن پیش‌تر دیده نشده بود. در این نوع کریستال، اتم‌های یک عنصر ساختاری شبیه قفس ایجاد می‌کنند و اتم‌های عناصر دیگر را درون خود نگه می‌دارند. در نمونه کشف‌شده، اتم‌های سیلیکون چنین قفسی ساخته‌اند و اتم‌های مس و کلسیم را در شبکه‌های بلوری با ساختارهای ۱۲ وجهی و ۱۴ وجهی درون خود جای داده‌اند.

به گفته تیم پژوهشی، چنین آرایشی در طبیعت و به‌ویژه در ترکیبات معدنی و غیرآلی، بسیار نادر است. همچنین این نخستین باری است که کریستال‌های Clathrate به‌عنوان محصول جانبی یک انفجار هسته‌ای شناسایی می‌شوند.

پژوهشگران همچنین بررسی کرده‌اند که آیا این ساختار جدید می‌تواند مرحله‌ای در شکل‌گیری همان شبه‌بلورهای کشف‌شده در مطالعات قبلی باشد یا خیر. نتایج تحلیل‌های ریاضی نشان داده احتمال چنین ارتباطی کم است. بااین‌حال، مطالعه این ساختارها می‌تواند به دانشمندان کمک کند درک بهتری از نحوه شکل‌گیری مواد معدنی در شرایط بسیار شدید به دست آورند.

منبع: دیجیاتو