Een nieuw ontdekt quasikristal dat werd gecreëerd door de eerste nucleaire explosie op Trinity Site, NM, op 16 juli, 1945, zou wetenschappers op een dag kunnen helpen om illegale nucleaire explosies beter te begrijpen en nucleaire proliferatie te beteugelen.

"Om de kernwapens van andere landen te begrijpen, moeten we een duidelijk begrip hebben van hun nucleaire testprogramma's, " zei Terry C. Wallace, directeur emeritus van Los Alamos National Laboratory en co-auteur van het artikel over de ontdekking, die vandaag werd gepubliceerd in PNAS . "We analyseren meestal radioactief afval en gassen om te begrijpen hoe de wapens werden gebouwd of welke materialen ze bevatten, maar die handtekeningen vervallen. Een quasikristal dat wordt gevormd op de plaats van een nucleaire explosie, kan ons mogelijk nieuwe soorten informatie vertellen - en ze zullen voor altijd blijven bestaan."

Het nieuw ontdekte materiaal werd per ongeluk gevormd tijdens de ontploffing van de eerste atoombomtest, wat resulteerde in de versmelting van het omringende zand, de testtoren, en koperen transmissielijnen in een glasachtig materiaal dat bekend staat als trinitite. Quasikristallen zijn exotisch materiaal dat de regels van klassieke kristallijne materialen overtreedt. Materialen zoals suiker, zout, of kwartsvormkristallen met een zogenaamde periodieke ordening:de atomen zijn gerangschikt in een patroon dat zich in drie dimensies herhaalt. quasikristallen, voor het eerst ontdekt in de jaren 80, hebben een atomaire structuur van de samenstellende elementen, maar het patroon is niet periodiek. Het quasikristal, gecreëerd door de Drie-eenheid explosie in een monster van rode trinitiet, heeft 5-voudige rotatiesymmetrie, wat niet mogelijk is in een natuurlijk kristal. De symmetriegroep van het quasikristal is dezelfde als die van de reguliere 20-zijdige vaste stof die bekend staat als een icosaëder, en de chemie wordt gegeven door de formule Si ₆₁ Cu ₃₀ Ca ₇ Fe ₂ . Dit nieuwe quasikristal is nu het oudst bekende door mensen gemaakte quasikristal, met een onmiskenbare tijdstempel (door zijn samenstelling, ontdekkingslocatie, en radioactiviteit), met vermelding van het moment van ontstaan.

"Quasicrystals worden gevormd in extreme omgevingen die zelden op aarde voorkomen, " zei Wallace, wie is een geofysicus. "Ze vereisen een traumatische gebeurtenis met extreme shock, temperatuur, en druk. Dat zien we normaal gesproken niet, behalve in zoiets dramatisch als een nucleaire explosie." De thermodynamische/schokomstandigheden waaronder dit quasikristal gevormd is, zijn ruwweg vergelijkbaar met die welke de natuurlijke quasikristallen hebben gevormd die zijn ontdekt in de Khatyrka-meteoriet, die dateert van minstens honderden miljoenen jaren en misschien zelfs zo ver terug als het begin van het zonnestelsel.

"Dit quasikristal is prachtig in zijn complexiteit - maar niemand kan ons nog vertellen waarom het op deze manier is gevormd. Maar op een dag, een wetenschapper of ingenieur gaat dat uitzoeken en de schellen zullen van onze ogen worden getild en we zullen een thermodynamische verklaring hebben voor het ontstaan ​​ervan. Vervolgens, Ik hoop, we kunnen die kennis gebruiken om kernexplosies beter te begrijpen en uiteindelijk leiden tot een completer beeld van wat een kernproef betekent, ' zei Wallace.

Het artikel is geschreven in samenwerking met de Universiteit van Florence, Italië, de Universiteit van Massachusetts, Caltech, en Princeton-universiteit.