Спустя более 80 лет после ядерного испытания «Тринити», которое считается первым случаем, когда человечество стало свидетелем мощи атомной бомбы, ученые все еще делают новые научные открытия в ее остатках. Недавно последний анализ материалов, оставшихся после этого исторического ядерного взрыва, показал, что в продуктах ядерного взрыва впервые была подтверждена кристаллическая структура, называемая клатратом.
16 июля 1945 года США провели испытательный взрыв плутониевой бомбы под кодовым названием «Тринити» в пустыне Нью-Мексико в рамках Манхэттенского проекта. Атомная бомба выпустила энергию, эквивалентную примерно 21 000 тоннам тротила, испарив скальные и металлические опорные конструкции в центре взрыва и окутав большое количество окружающего песка, смешав его в сильную «атомную бурю». В экстремальных условиях высоких температур и десятков тысяч атмосферных давлений расплавленный песок, глина, металлы в 30-метровой стальной конструкции испытательной башни, а также большое количество медных кабелей мгновенно расплавились и быстро охладились, в конечном итоге образовав стеклоподобное вещество, названное «тринитит».
Подобно криптониту в комиксах, существуют разные «версии» стекла Тринити: обычное — зеленое стекло, а красное стекло с более высоким содержанием меди является уникальным из-за включения большего количества металла из медных кабелей и кронштейнов. Когда-то стекло было собрано в качестве сувенира посетителями ядерных полигонов, а теперь является ценным образцом для изучения уникальных химических реакций в экстремальных условиях.
Еще в 2021 году группа под руководством Луки Бинди, геолога из Флорентийского университета в Италии, обнаружила новую икосаэдрическую квазикристаллическую структуру в образце красного стекла Тринити, которая привлекла внимание. В последнем исследовании команда Бинди использовала дифракцию рентгеновских лучей и технологии электронного зондирования для проведения углубленного анализа крошечных капель богатого медью красного стекла Тринити. В результате в районе, где ранее были обнаружены квазикристаллы, был идентифицирован совершенно новый кристаллический материал.
В последнем отчете исследовательская группа написала: «Мы сообщаем об образовании ранее неизвестного кристалла клатрата типа I [кальций-медь-кремний] во время ядерного испытания Тринити. Это первый случай, когда существование клатратной структуры было кристаллографически подтверждено в твердом продукте ядерного взрыва». Клатраты широко распространены в природе и характеризуются клеточной структурой кристаллической решетки, которая может «захватывать» другие атомы или молекулы. Хотя его структурное устройство отличается от структурного строения неправильных квазикристаллов, их элементный состав в стекле тринити схож, что также побудило исследователей задуматься о том, существует ли между ними более глубокая структурная связь.
Исследовательская группа отметила, что, поскольку и клатраты, и квазикристаллы состоят из элементов, обычно встречающихся в песке пустыни и металлических испытательных башнях, можно сделать вывод, что оба они образовались во время ядерных взрывов. Однако расчетные модели, основанные на составе образца, показывают, что в нормальных условиях такая клатратная структура может стабильно существовать только при содержании меди около 10%, тогда как фактическое содержание меди в стекле Тринити достигает 21%. Это означает, что этот «клеткообразный» кристалл должен образоваться мгновенно, за очень короткое время, когда температура и давление резко возрастают, а затем быстро падают обратно, как если бы они «замораживались» в мгновенном окне «мгновения ока» ядерного взрыва.
В исследовании также отмечается, что это открытие исключает возможность использования простой «клатратной структуры» для объяснения квазикристаллической структуры тройки, подчеркивая, что богатые кремнием фазы, образующиеся в экстремальных условиях, имеют независимые и различные структурные характеристики. Ученые говорят, что такие экстремальные условия встречаются крайне редко, и надеются, что люди больше не будут воссоздавать их в реальности посредством ядерных взрывов. Таким образом, стеклянные камни, оставленные после испытания Тринити, стали уникальным природным экспериментальным свидетельством этого «творения в момент разрушения». Соответствующие результаты исследований были опубликованы в Трудах Национальной академии наук (PNAS), что открывает людям новую перспективу для понимания эволюции морфологии материала и кристаллической структуры в экстремальных условиях.