Kärnkraftsdetonationer släpper ut en häpnadsväckande mängd destruktiv kraft. Men det extrema trycket och temperaturen som de genererar gör också kärnvapensprängningar till en kittel för kemiskt skapande, kunna leverera nya och överraskande vetenskapliga upptäckter.

På 1950 -talet, till exempel, forskare som undersöker skräp från amerikanska vätebombtester hittade två nya element, som nu upptar nummer 99 och 100 i det periodiska systemet. De namngav dem efter framstående kärnforskare:einsteinium för Albert Einstein, och fermium för Enrico Fermi.

Nu, forskare som siktar genom skräp på platsen för den första atombombsprängningen någonsin-som hölls i New Mexico i juli 1945 och fick namnet Trinity-testet-har upptäckt en annan kemisk märklighet. I deras papper, forskarna rapporterar upptäckten av en tidigare okänd typ av "kvasikristall" - en kristallbildning som en gång trodde var omöjlig på grund av dess oregelbundna geometriska struktur.

Vad är kvasikristaller?

Kvasikristaller upptäcktes först av materialvetaren Dan Schechtman 1984, men sågs initialt som mycket kontroversiella - till och med omöjliga - eftersom deras unika form inte tillåts av reglerna som definierar kristallstrukturer.

Kristaller består av enheter som upprepas regelbundet i tre dimensioner. Ett bra sätt att tänka på detta är att föreställa dem i två dimensioner. Du kan kakla ett golv med vissa geometriska former - som rutor, trianglar och sexhörningar - eftersom de tessellerar, vilket innebär att de kan slitsas ihop i ett upprepande mönster utan överlappningar eller luckor. Du kan inte göra detta med femkantiga eller heptagonala plattor. De kan inte tesselleras, så de skulle lämna oregelbundna luckor på ditt golv.

Tredimensionella kristallstrukturer följer samma regel. De upprepande enheterna ordnar sig naturligtvis i ett vanligt mönster - fyller allt tillgängligt utrymme. Ett sexkantigt arrangemang, till exempel, är en typisk kristallstruktur.

Den allmänna regeln är att kristaller måste ha upprepande enheter med tvåfaldiga, 3-faldigt, 4-faldiga eller 6-faldiga axlar. Här, "vikning" betyder hur många gånger du kan rotera den tredimensionella kristallenheten så att den ser likadan ut som dess utgångsläge-vilket möjliggör tessellation. Regeln innebär att kristallenheter med en 5-faldig axel (femkantig) eller något 7-faldigt och högre (heptagonal och bortom) inte tessellaterar, och kan därför inte existera.

Penrose kakel

Denna regel gällde fram till 1974, när den brittiska matematikfysikern Roger Penrose hittade ett sätt att täcka ett tvådimensionellt utrymme som ett golv med former som inte upprepas regelbundet - en form av tessellation som nu kallas "Penrose -kakel".

Dessa idéer tillämpades snart på tredimensionella strukturer, och det var 1984 som Schechtman publicerade sitt experimentella arbete om kvasikristaller. Hans upptäckt gav honom Nobelpriset för kemi 2011.

Över 100 typer av kvaskristall har upptäckts sedan, fast nästan alla har producerats i laboratoriet. Tre undantag, hittad inom Khatyrka-meteoriten i nordöstra Ryssland, kan komma tillbaka till början av vårt solsystem. Och nu finns det en till, som är den äldsta befintliga kvasikristallen som har producerats - om än av misstag - som ett resultat av mänsklig aktivitet.

Ny kvasikristall

Den nya kvasikristallen hittades i ett glasartat material som kallas röd trinitit, som forskarna hämtade från platsen för kärnvapensprängningen 1945. Trinititen bildades vid tidpunkten för treenighetstestets detonation, när öken sand i New Mexico kastades upp i luften och värmdes till 8, 000 ° C innan det regnar ner som nysyntetiserad trinitit.

Denna nya kvaskristall är ikosahedral-har 20 ansikten-och är uppbyggd med tvåfaldiga, 3-faldiga och 5-faldiga symmetriaxlar. Det betyder att det finns tre specifika perspektiv på denna komplexa 3D -struktur som upprepas identiskt när den roteras:en upprepas två gånger, en tre gånger, och de andra fem gånger. Det är den 5-faldiga axeln-liksom den tvådimensionella femkanten som vi vet inte kan tessellera-det betyder att provet är en kvaskristall.

Det är också ett unikt prov, eftersom kvasikristallen har kisel, kalcium och koppar i dess sammansättning. Kopparen, som ger trinititen sin röda nyans, har troligen hittat in i kvasikristallen via en uppsättning överföringsledningar som sprang nära bombtestplatsen och förångades tillsammans med sanden vid detonation.

Att lära av kvasikristaller

Praktiskt taget, materialforskare undersöker tillämpningen av kvasikristaller för att utnyttja sin dåliga värmeledningsförmåga, vilket möjligen är relaterat till deras icke-periodiska strukturer. De har redan använts som beläggningar i non-stick stekpannor, till exempel. Andra föreslagna applikationer inkluderar LED -lampor och kirurgiska instrument, men deras utveckling är i ett tidigt skede.

Men om fler av dessa kristallografiska och kemiska nyfikenheter återfinns i skräp som kärnbombstester efterlämnat, Att studera deras sammansättning kan också hjälpa forskare att förstå de grymma krafter som spelar i hjärtat av kärnvapensprängningar - en plats som inget vetenskapligt instrument ännu har mätt direkt.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.