八十年前的今天,即1945年7月16日上午5点29分,在新墨西哥州,一段可怕的历史被创造。
黎明的宁静被打破,美国陆军引爆了一个名为“小玩意儿”的钚内爆装置 ,这是世界上首次核弹试验,即“三位一体”试验。这一时刻永远改变了战争的面貌。
此次爆炸释放的能量相当于21千吨TNT炸药,30米高的试验塔(98英尺)以及连接到记录设备的数英里铜线瞬间汽化。产生的火球将试验塔、铜线与下方的沥青和沙漠沙熔合在一起,形成了绿色玻璃,这是一种名为“三一石”的新矿物。
几十年后,科学家在一块三一石中发现了一个秘密,一种被称为准晶体的稀有物质形态,曾经人们认为这是不可能存在的。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球物理学家特里·华莱士在2021年解释说:“准晶体形成于地球上极少存在的极端环境中。它们需要经历极端冲击、温度和压力的剧烈事件。除了像核爆炸这样剧烈的事件,我们通常不会看到这种情况。”
大多数晶体,从普通的食盐到坚硬的钻石,都遵循相同的规则:其原子以晶格结构排列,并在三维空间中重复。准晶体打破了这一规则,其原子排列模式并不重复。
1984年,当这个概念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,不存在中间状态。然而后来,人们不仅在实验室中制造出准晶体,还在自然界中发现了它们,比如在陨石深处,由超高速撞击等事件产生的热力学冲击所形成。
了解到产生准晶体需要极端条件后,由意大利佛罗伦萨大学的地质学家卢卡·宾迪领导的一组科学家决定更仔细地研究三一石。
但不是绿色的那种。尽管准晶体并不常见,但我们已经见过足够多的准晶体,知道它们往往含有金属,所以该团队寻找一种更为稀有的三一石——红色三一石,其颜色来自于其中汽化的铜线。
他们使用扫描电子显微镜和X射线衍射等技术,分析了六个红色三一石小样本。最终,在其中一个样本中有所发现,一个微小的、20面体的硅、铜、钙和铁颗粒,具有传统晶体中不可能存在的五重旋转对称性,这是战争行为的“意外后果”。
华莱士在2021年该团队结果发表时表示:“这种准晶体的复杂性令人惊叹,但目前还没有人能告诉我们它为什么以这种...
这一发现代表了已知最古老的人为准晶体,它表明可能存在其他自然途径来形成准晶体。例如,闪电击中形成的熔化沙子的闪电熔岩,以及陨石撞击地点的物质,都可能是自然界中准晶体的来源。
这项研究还可以帮助我们更好地了解非法核试验,最终目标是遏制核武器的扩散。研究其他核试验场形成的矿物,可能会发现更多准晶体,其热力学性质可作为核取证的工具。
华莱士说:“了解其他国家的核武器,需要我们清楚地了解他们的核试验计划。我们通常分析放射性碎片和气体,以了解武器的制造方式或所含材料,但这些特征会衰变。在核爆炸现场形成的准晶体有可能告诉我们新类型的信息,而且它们会永远存在。”

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