Local de teste do Ground Zero Trinity

Uma vista aérea do marco zero 28 horas após o Teste Trinity em 16 de julho de 1945. A explosão nuclear criou um quasicristal recém-descoberto que se formou quando a areia circundante, a torre de teste e as linhas de transmissão de cobre se fundiram.

A descoberta de novos materiais pode um dia contribuir para a não proliferação nuclear.

Um quasicristal recém-descoberto, criado pela primeira explosão nuclear em 16 de julho de 1945 em Trinity Site, Novo México, poderia um dia ajudar os cientistas a entender melhor as explosões nucleares ilegais e conter a proliferação de armas nucleares.

Amostra de trinitito vermelho com quasicristal

Imagem de uma amostra de trinitito vermelho contendo o quasicristal. Crédito da foto: Luca Bindi e Paul J. Steinhardt.

“Para entender as armas nucleares de outros países, precisamos ter uma compreensão clara de seus programas de testes nucleares”, disse Terry C. Wallace, diretor emérito do Laboratório Nacional de Los Alamos e co-autor do artigo sobre a descoberta publicado ontem. PNAS. “Normalmente analisamos resíduos e gases radioativos para entender como as armas foram construídas ou de que materiais eram feitas, mas essas assinaturas expiram. Um quasicristal que se forma no local de uma explosão nuclear pode potencialmente nos dar novos tipos de informação – e eles existirão para sempre. “

O material recém-descoberto foi acidentalmente formado na explosão do primeiro teste de bomba atômica, que fundiu a areia circundante, a torre de teste e as linhas de transmissão de cobre em um material vítreo chamado trinitito. Os quasicristais são materiais exóticos que violam as regras dos materiais cristalinos clássicos. Materiais como açúcar, sal ou quartzo formam cristais com a chamada ordem periódica: os átomos estão dispostos em um padrão que se repete em três dimensões. Os quasicristais, descobertos pela primeira vez na década de 1980, têm uma estrutura atômica dos constituintes, mas o padrão não é periódico. O quasicristal criado pela explosão Trinity em uma amostra de trinitito vermelho tem uma simetria rotacional de 5 vezes que não é possível em um cristal natural. O grupo de simetria do quasicristal é o mesmo do sólido regular de 20 lados conhecido como icosaedro, e a química é dada pela fórmula Si61Com30ºOFe2. Este novo quasicrystal é agora o quasicrystal artificial mais antigo conhecido com um carimbo de hora inconfundível (devido à sua composição, seu local de descoberta e sua radioatividade), que mostra a época de sua formação.

Superfície polida da amostra quasicristal

Mapas de raios-X combinados da superfície polida da amostra examinada, mostrando a variação na composição química do Ca-Si-Al. Crédito da foto: Luca Bindi e Paul J. Steinhardt.

“Os quasicristais são formados em ambientes extremos que são raros na Terra”, disse Wallace, um geofísico. “Eles exigem um evento traumático com choque extremo, temperatura extrema e pressão extrema. Normalmente não vemos isso, exceto em algo tão dramático como uma explosão nuclear. “As condições termodinâmicas / de choque sob as quais este quasicristal se formou são mais ou menos comparáveis ​​às que formaram os quasicristais naturais descobertos no meteorito Khatyrka, que data de pelo menos centenas de milhões de anos e possivelmente do início do sistema solar.

Gotículas de metal com quasicristais

Imagem do microscópio eletrônico de varredura retroespalhada da gota de metal examinada contendo o quasicristal com características marcadas de Cu, Cu2S e Si61Cu30Ca7Fe2. Crédito da foto: Luca Bindi e Paul J. Steinhardt

“Este quasicrystal é grande em sua complexidade – mas ninguém pode nos dizer por que ele foi criado dessa forma. Mas um dia um cientista ou engenheiro descobrirá e as escamas serão tiradas de nossos olhos e teremos uma explicação termodinâmica de como foram criadas. Então, esperançosamente, podemos usar esse conhecimento para entender melhor as explosões nucleares e, finalmente, obter uma imagem mais completa do que é um teste nuclear ”, disse Wallace.

Referência: “Síntese acidental de um quasicristal até então desconhecido no primeiro teste da bomba atômica” por Luca Bindi, William Kolb, G. Nelson Eby, Paul D. Asimow, Terry C. Wallace e Paul J. Steinhardt, 17 de maio de 2021, Procedimento da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073 / pnas.2101350118

O artigo foi produzido em colaboração com a Universidade de Florença, Itália, a Universidade de Massachusetts e a Caltech Universidade de Princeton.

By Gabriel Ana

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