世界上第一次核爆炸创造了一种罕见的物质

80 年前的今天，1945 年 7 月 16 日凌晨 5 点 29 分，在新墨西哥州，一段可怕的历史被创造下来。

当美国陆军引爆一种被称为 Gadget 的钚内爆装置时，黎明的平静被打破——这是世界上第一次核弹试验，被称为 Trinity 试验。这一刻将永远改变战争。

释放的能量相当于 21 千吨 TNT，蒸发了 30 米（98 英尺）的测试塔和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楼和铜与下面的沥青和沙漠沙子融合成绿色玻璃——一种称为三长石的新矿物。

几十年后，科学家们发现了隐藏在一块三位一体石中的秘密——一种被称为准晶体，曾经被认为是不可能的。

相关：您需要多远才能在核爆炸中幸存下来？

“准晶体是在地球上罕见的极端环境中形成的，”解释洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球物理学家特里·华莱士 （Terry Wallace） 于 2021 年。

“他们需要具有极端冲击、温度和压力的创伤事件。我们通常不会看到这种情况，除非在像核爆炸这样戏剧性的事情中。

大多数晶体，从不起眼的食盐到最坚韧的钻石，都遵循相同的规则：它们的原子排列成晶格结构，在三维空间中重复。准晶体打破了这个规则——它们的原子排列模式不重复。

当这个概念于 1984 年首次出现在科学界时，人们认为这是不可能的：晶体要么是有序的，要么是无序的，没有中间地带。然后他们真的被找到了，两者都在实验室环境中创建在野外——陨石深处，由超高速撞击等事件的热力学冲击形成。

知道生产准晶体需要极端条件，由意大利佛罗伦萨大学的地质学家卢卡·宾迪 （Luca Bindi） 领导的科学家团队决定仔细研究三位一体岩。

但不是绿色的东西。虽然它们并不常见，但我们已经见过足够多的准晶体，知道它们往往包含金属，因此该团队开始寻找一种更稀有的矿物形式——红色三重石，因为它的色调是由其中掺入的汽化铜线引起的。

使用扫描电子显微镜和 X 射线衍射等技术，他们分析了六个红色三重石的小样品。最后，他们在其中一个样品中被击中——一个由硅、铜、钙和铁组成的微小的 20 面晶粒，具有传统晶体中不可能的五倍旋转对称性——这是好战的“意外后果”。

“这种准晶体的复杂性非常宏伟——但还没有人能告诉我们它为什么会以这种方式形成。”华莱士说2021 年，当团队的成绩是发表.

“但总有一天，科学家或工程师会弄清楚这一点，天平将从我们的眼睛中移开，我们将对它的产生有一个热力学解释。然后，我希望我们可以利用这些知识来更好地了解核爆炸，并最终更全面地了解核试验的含义。

这一发现代表了已知最古老的人为准晶体，它表明可能还有其他自然途径可以形成准晶体。例如由雷击锻造的熔融沙子的 Fulgurites和来自流星撞击地点的材料，都可能是野外准晶体的来源。

这项研究还可以帮助我们更好地了解非法核试验，最终目的是遏制核武器的扩散。研究其他核试验场锻造的矿物可能会发现更多的准晶体，其热力学特性可以成为核取证的工具。

“了解其他国家的核武器需要我们对他们的核试验计划有清晰的了解。”华莱士说.

“我们通常会分析放射性碎片和气体，以了解这些武器是如何制造的或它们包含什么材料，但这些特征会衰减。在核爆炸现场形成的准晶体可能会告诉我们新类型的信息——它们将永远存在。

该研究发表在美国国家科学院 （PNAS.

本文的早期版本发表于 2021 年 5 月。

宝宝起名 起名