Le esplosioni nucleari liberano una quantità sorprendente di forza distruttiva. Ma l'estrema pressione e temperatura che generano rende anche le esplosioni nucleari un calderone di creazione chimica, in grado di fornire nuove e sorprendenti scoperte scientifiche.

Negli anni Cinquanta, ad esempio, gli scienziati che esaminano i detriti dei test statunitensi sulla bomba all'idrogeno hanno trovato due nuovi elementi, che ora occupano i numeri 99 e 100 nella tavola periodica. Li hanno chiamati dopo eminenti scienziati nucleari:einsteinium per Albert Einstein, e fermium per Enrico Fermi.

Ora, gli scienziati che setacciano i detriti nel sito della prima esplosione di una bomba nucleare, tenutasi nel New Mexico nel luglio 1945 e chiamata Trinity test, hanno portato alla luce una diversa stranezza chimica. Nella loro carta, i ricercatori riportano la scoperta di un tipo precedentemente sconosciuto di "quasicristallo", una formazione cristallina un tempo ritenuta impossibile a causa della sua struttura geometrica irregolare.

Cosa sono i quasicristalli?

I quasicristalli furono scoperti per la prima volta dallo scienziato dei materiali Dan Schechtman nel 1984, ma inizialmente erano visti come altamente controversi, persino impossibili, perché la loro forma unica non è consentita dalle regole che definiscono le strutture cristalline.

I cristalli sono composti da unità che si ripetono periodicamente in tre dimensioni. Un buon modo per pensare a questo è immaginarli in due dimensioni. Puoi piastrellare un pavimento con determinate forme geometriche, come quadrati, triangoli ed esagoni, perché tassellati, il che significa che possono essere incastrati insieme in uno schema ripetuto senza sovrapposizioni o spazi vuoti. Non puoi farlo con le tessere pentagonali o ettagonali. Non possono essere tassellati, così lascerebbero spazi irregolari sul pavimento.

Le strutture cristalline tridimensionali aderiscono alla stessa regola. Le unità ripetute si dispongono naturalmente in uno schema regolare, riempiendo tutto lo spazio disponibile. Una disposizione esagonale, ad esempio, è una tipica struttura cristallina.

La regola generale è che i cristalli devono avere unità ripetute con 2 volte, 3 volte, Assi a 4 o 6 volte. Qui, "piega" significa quante volte è possibile ruotare l'unità di cristallo tridimensionale in modo che appaia uguale alla sua posizione iniziale, consentendo la tassellatura. La regola significa che le unità di cristallo con un asse 5 volte (pentagonale) o qualcosa di 7 volte e oltre (eptagonale e oltre) non si tassellano, e quindi non può esistere.

Piastrelle di Penrose

Questa regola durò fino al 1974, quando il fisico matematico britannico Roger Penrose ha trovato un modo per coprire uno spazio bidimensionale come un pavimento con forme che non si ripetono periodicamente, una forma di tassellatura ora chiamata "piastrellatura di Penrose".

Queste idee furono presto applicate a strutture tridimensionali, e fu nel 1984 che Schechtman pubblicò il suo lavoro sperimentale sui quasicristalli. La sua scoperta gli è valsa il Premio Nobel per la Chimica nel 2011.

Sono stati scoperti oltre 100 tipi di quasicristallo da allora, sebbene quasi tutti siano stati prodotti in laboratorio. Tre eccezioni, trovato all'interno del meteorite Khatyrka nella Russia nord-orientale, potrebbe risalire all'inizio del nostro sistema solare. E ora ce n'è un altro, che è il quasicristallo più antico esistente ad essere stato prodotto, anche se accidentalmente, come risultato dell'attività umana.

Nuovo quasicristallo

Il nuovo quasicristallo è stato trovato all'interno di un materiale vetroso chiamato trinite rossa, che gli scienziati hanno prelevato dal sito dell'esplosione nucleare del 1945. La trinite si è formata al momento della detonazione del Trinity test, quando le sabbie del deserto del New Mexico furono sollevate in aria e riscaldate a 8, 000°C prima di piovere come trinite di nuova sintesi.

Questo nuovo quasicristallo è icosaedrico—possiede 20 facce—ed è strutturato con 2 volte, Assi di simmetria 3 volte e 5 volte. Ciò significa che ci sono tre prospettive specifiche di questa complessa struttura 3D che si ripetono in modo identico quando viene ruotata:una viene ripetuta due volte, una tre volte, e le altre cinque volte. È l'asse 5 volte, come il pentagono bidimensionale che sappiamo non può tessellate, che significa che il campione è un quasicristallo.

È anche un campione unico, perché il quasicristallo ha silicio, calcio e rame nella sua composizione. Il rame, che dà alla trinite il suo colore rosso, è probabile che abbia trovato la sua strada nel quasicristallo tramite una serie di linee di trasmissione che correvano vicino al sito del test della bomba e che sono state vaporizzate insieme alla sabbia durante la detonazione.

Imparare dai quasicristalli

In pratica, gli scienziati dei materiali stanno esplorando l'applicazione dei quasicristalli per sfruttare la loro scarsa conduttività termica, che è probabilmente correlato alle loro strutture non periodiche. Sono già stati usati come rivestimenti in padelle antiaderenti, Per esempio. Altre applicazioni suggerite includono luci a LED e strumenti chirurgici, ma il loro sviluppo è in una fase iniziale.

Ma se più di queste curiosità cristallografiche e chimiche si trovano nei detriti lasciati dai test delle bombe nucleari, studiare la loro composizione potrebbe anche aiutare gli scienziati a capire le feroci forze in gioco nel cuore delle esplosioni nucleari, un luogo che nessuno strumento scientifico ha ancora misurato direttamente.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.