世界首次核弹试验中形成“不可能”晶体：ScienceAlert

当美国陆军引爆了一种被称为“小工具”的钚内爆装置时，黎明的平静被打破了——这是世界上第一次核弹试验，被称为“三位一体试验”。 这一刻将永远改变战争。

释放的能量相当于 21 公斤 TNT，蒸发了 30 米（98 英尺）长的测试塔以及将其连接到记录设备的数英里长的铜线。 由此产生的火球将塔和铜与下面的沥青和沙漠沙融合在一起，形成绿色玻璃——一种称为三硝石的新矿物。

几十年后，科学家们发现了隐藏在一块三硝石中的秘密，这是一种被称为准晶体的稀有形式的物质，以前被认为是不可能的。

“准晶体是在地球上罕见的极端环境中形成的。” 洛斯阿拉莫斯国家实验室地球物理学家特里·华莱士在 2021 年作出解释。

“它需要一个具有极端冲击、极端温度和压力的创伤性事件。我们通常不会看到这种情况，除非是像核爆炸这样戏剧性的事情。”

大多数晶体，从不起眼的食盐到最坚硬的钻石，都遵循相同的规则：它们的原子排列成在三维空间中重复的晶格结构。 准晶体打破了这一规则：它们的原子排列模式不会重复。

当这个概念于 1984 年首次出现在科学界时，人们认为情况就是如此 不可能的：晶体要么是有序的，要么是无序的，没有介于两者之间的。 然后它们实际上被发现了，它们都是在实验室和野外产生的——在陨石深处，由超高速撞击等事件的热力学冲击形成。

意大利佛罗伦萨大学地质学家卢卡·本迪 (Luca Bendi) 领导的一个科学家小组知道产生准晶体需要极端的条件，因此决定仔细研究三位一体石。

但不是绿色的东西。 尽管它们并不常见，但我们已经看到足够多的准晶体，知道它们往往会含有矿物质，因此研究小组开始寻找一种更稀有的矿物形式——红色三硝石，其颜色是由嵌入其中的汽化铜线决定的。

他们利用扫描电子显微镜和 X 射线衍射等技术分析了六个红色三硝石的小样本。 最后，他们得到了一个样本——一颗由硅、铜、钙和铁组成的 20 面微小珠子，其旋转对称性是传统晶体不可能实现的五倍——这是好战行为的“意外后果”。

“准晶体的复杂性非常显着，但目前还没有人能告诉我们为什么它会形成这样的形式。” 华莱士解释说 2021年，该团队的研究成果发表。

“但是有一天，一位科学家或工程师会发现它，我们的视野中的鳞片将会被揭开，我们将对它们的创造有一个热力学解释。然后，我希望，我们可以利用这些知识来更好地理解核爆炸和核爆炸。”最终能够更全面地了解核试验所代表的内容。”

这一发现代表了最古老的人类准晶体，并表明可能存在其他自然形成准晶体的途径。 例如，雷击形成的熔沙羽流以及来自陨石撞击地点的物质，可能是野外准晶体的来源。

研究人员表示，这项研究还可以帮助我们更好地了解非法核试验，最终目标是减少核武器的扩散。 研究其他核试验场形成的矿物可以揭示更多的准晶体，其热力学特性可以成为核法证学的工具。

“了解其他国家的核武器需要我们清楚地了解他们的核试验计划。” 华莱士说。

“我们通常分析放射性碎片和气体，以了解武器是如何制造的或它们所含的材料，但这些特征正在消失。在核爆炸现场形成的准晶体可以告诉我们新类型的信息 – 而且它将是永远在那里。”

该研究发表于 与人。

本文的先前版本于 2021 年 5 月发布。