في الساعة 5:29 صباحًا من صباح يوم 16 يوليو / تموز 1945 ، في ولاية نيو مكسيكو ، تم صنع جزء رهيب من التاريخ.
تمزق هدوء الفجر عندما فجر الجيش الأمريكي جهازًا لانفجار البلوتونيوم يُعرف باسم Gadget – أول اختبار في العالم لقنبلة نووية ، يُعرف باسم اختبار Trinity. هذه اللحظة ستغير الحرب إلى الأبد.
أدى إطلاق الطاقة ، أي ما يعادل 21 كيلوطنًا من مادة تي إن تي ، إلى تبخير برج الاختبار الذي يبلغ ارتفاعه 30 مترًا (98 قدمًا) وأميال من الأسلاك النحاسية التي تربطه بجهاز التسجيل. أذابت كرة النار الناتجة البرج والنحاس بالإسفلت ورمل الصحراء تحته إلى زجاج أخضر – معدن جديد يسمى ترينيتيت.
بعد عقود ، اكتشف العلماء سرًا مخفيًا في قطعة من هذا الترينيتيت – وهو شكل نادر من المادة يُعرف باسم شبه البلور ، كان يُعتقد في السابق أنه مستحيل.
“شبه البلورات تتشكل في البيئات القاسية التي نادرًا ما توجد على الأرض” ، أوضح الجيوفيزيائي تيري والاس من مختبر لوس ألاموس الوطني.
“إنها تتطلب حدثًا مؤلمًا مصحوبًا بصدمة شديدة ودرجة حرارة وضغط. وعادة لا نرى هذا إلا في شيء دراماتيكي مثل انفجار نووي.
تتبع معظم البلورات ، من ملح الطعام المتواضع إلى أصعب الألماس ، نفس القاعدة: يتم ترتيب ذراتها في بنية شبكية تتكرر في الفضاء ثلاثي الأبعاد. تكسر شبه البلورات هذه القاعدة – لا يتكرر النمط الذي يتم فيه ترتيب ذراتها.
عندما ظهر المفهوم لأول مرة في العالم العلمي عام 1984 ، كان يُعتقد أنه كذلك مستحيل: كانت البلورات إما مرتبة أو مضطربة ، دون وسيط. ثم تم العثور عليها ، تم إنشاؤها في المختبر وفي الطبيعة – في أعماق النيازك ، تم تشكيلها بواسطة صدمة ديناميكية حرارية ناجمة عن أحداث مثل تأثير السرعة الفائقة.
مع العلم أن هناك حاجة لظروف قاسية لإنتاج شبه بلورات ، قرر فريق من العلماء بقيادة الجيولوجي لوكا بيندي من جامعة فلورنسا في إيطاليا إلقاء نظرة فاحصة على الترينيتيت.
لكن ليس الأشياء الخضراء. على الرغم من ندرة وجودها ، فقد رأينا ما يكفي من أشباه البلورات لنعلم أنها تميل إلى دمج المعادن ، لذلك بحث الفريق عن شكل أكثر ندرة من المعدن – الترينيتيت الأحمر ، بالنظر إلى لونه.من خلال الأسلاك النحاسية المتبخرة المدمجة فيه.
باستخدام تقنيات مثل المسح المجهري الإلكتروني وحيود الأشعة السينية ، قاموا بتحليل ست عينات صغيرة من ثلاثي البوتاسيوم الأحمر. أخيرًا ، حصلوا على نجاح في إحدى العينات – حبة صغيرة من 20 جانبًا من السيليكون والنحاس والكالسيوم والحديد ، مع تناظر دوراني مستحيل خمس مرات في البلورات التقليدية – وهي “نتيجة غير مقصودة” لإثارة الحروب.
“هذا شبه الكريستال رائع في تعقيده – لكن لا أحد يستطيع أن يخبرنا حتى الآن عن سبب تشكله بهذه الطريقة” ، قال والاس.
“ولكن في يوم من الأيام سوف يكتشف عالم أو مهندس ذلك وسترفع المقاييس عن أعيننا وسيكون لدينا تفسير ديناميكي حراري لذلك ، وبعد ذلك ، نأمل أن نتمكن من استخدام هذه المعرفة لفهم الانفجارات النووية بشكل أفضل والتوصل إلى استنتاج. في النهاية إلى صورة أكثر اكتمالاً لما تمثله التجربة النووية “
يمثل هذا الاكتشاف أقدم شبه بلوري بشري معروف ، ويشير إلى أنه قد تكون هناك مسارات طبيعية أخرى لتشكيل شبه البلورات. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون كل من fulgurites الرمل المنصهر المصنوع بواسطة الصواعق والمواد من مواقع تأثير النيازك مصدرًا لأشباه البلورات في الطبيعة.
وقال الباحثون إن البحث يمكن أن يساعدنا أيضًا في فهم التجارب النووية غير المشروعة بشكل أفضل ، بهدف نهائي هو الحد من انتشار الأسلحة النووية. يمكن أن تكشف دراسة المعادن المزورة في مواقع التجارب النووية الأخرى عن المزيد من أشباه البلورات ، التي يمكن أن تكون خصائصها الديناميكية الحرارية أداة للطب الشرعي النووي.
“إن فهم الأسلحة النووية للدول الأخرى يتطلب أن يكون لدينا فهم واضح لبرامج التجارب النووية الخاصة بهم ،” قال والاس.
عادة ما نحلل الحطام والغازات المشعة لفهم كيفية صنع الأسلحة أو المواد التي تحتوي عليها ، لكن هذه التواقيع تتفكك. إن شبه البلورة التي تتشكل في موقع انفجار نووي لديها القدرة على الكشف عن أنواع جديدة من المعلومات لنا – وستكون موجودة إلى الأبد. “
تم نشر البحث في PNAS.
