خلق أول انفجار نووي في العالم شكلاً نادرًا من المادة: Sciencealert

منذ ثمانين عامًا اليوم ، الساعة 5:29 صباحًا في صباح يوم 16 يوليو 1945 ، في ولاية نيو مكسيكو ، تم صنع شريحة مروعة من التاريخ.

تم مزق الهدوء الفجر في أسند حيث قام جيش الولايات المتحدة بتفجير جهاز انهيار البلوتونيوم المعروف باسم الأداة – أول اختبار في العالم لقنبلة نووية ، والمعروف باسم اختبار الثالوث. هذه اللحظة ستغير الحرب إلى الأبد.

تبخر إطلاق الطاقة ، أي ما يعادل 21 كيلوغرامًا من TNT ، برج اختبار 30 مترًا (98 قدمًا) وأميال من الأسلاك النحاسية التي تربطه بمعدات التسجيل. تنصهر كرة النيران الناتجة عن البرج والنحاس مع الإسفلت والرمال الصحراوية أسفل الزجاج الأخضر – وهو معدن جديد يسمى ترينيتيت.

بعد عقود ، اكتشف العلماء سرًا مخفيًا في قطعة من تلك الترينيت – وهو شكل نادر من المادة المعروفة باسم أ شبه كريمية، ذات مرة يعتقد أنه مستحيل.

متعلق ب: إلى أي مدى ستحتاج إلى البقاء على قيد الحياة في انفجار نووي؟

“تتشكل البلورات شبه في بيئات متطرفة نادراً ما تكون موجودة على الأرض ،” أوضح عالم الجيوفيزيائي تيري والاس من مختبر لوس ألاموس الوطني في عام 2021.

“إنهم يتطلبون حدثًا مؤلمًا مع الصدمة الشديدة ودرجة الحرارة والضغط. لا نرى ذلك عادةً ، باستثناء شيء مثير مثل انفجار نووي.”

معظم البلورات ، من ملح الطاولة المتواضع إلى أصعب الماس ، تطيع نفس القاعدة: يتم ترتيب ذراتها في بنية شعرية تكرر في الفضاء ثلاثي الأبعاد. الكريات شبه الكشف عن هذه القاعدة – لا يتكرر النمط الذي يتم ترتيب ذراتهم فيه.

عندما ظهر المفهوم لأول مرة في العالم العلمي في عام 1984 ، كان يُعتقد أن هذا مستحيل: تم ترتيب البلورات أو اضطرابها ، مع عدم وجودها بين. ثم تم العثور عليها بالفعل ، كلاهما تم إنشاؤها في الإعدادات المختبرية وفي البرية – عميق داخل النيازك، مزورة من الصدمة الديناميكية الحرارية من أحداث مثل تأثير فرط التسلية.

مع العلم أن الظروف القاسية مطلوبة لإنتاج شبه بلورات ، قرر فريق من العلماء بقيادة الجيولوجي لوكا بيندي من جامعة فلورنسا في إيطاليا إلقاء نظرة فاحصة على ترينيتيت.

ولكن ليس الأشياء الخضراء. على الرغم من أنهم غير شائعين ، فقد رأينا ما يكفي من البلورات شبه لمعرفة أنها تميل إلى دمج المعادن ، لذلك كان الفريق يبحث عن شكل نادر للغاية من ترينيت الأحمر المعدني ، بالنظر إلى الصبغ من قبل الأسلاك النحاسية البخارية المدمجة فيه.

باستخدام تقنيات مثل مسح المجهر الإلكتروني وحيود الأشعة السينية ، قاموا بتحليل ست عينات صغيرة من ترينيت أحمر. أخيرًا ، حصلوا على ضربة في إحدى العينات-حبة صغيرة من الجوانب من السيليكون والنحاس والكالسيوم والحديد ، مع تناظر دوراني خمسة أضعاف مستحيل في البلورات التقليدية-“نتيجة غير مقصودة” من الدفء.

“هذه البلورة الرائعة في تعقيدها – لكن لا أحد يستطيع أن يخبرنا بعد لماذا تم تشكيلها بهذه الطريقة ،” قال والاس في عام 2021 ، عندما كانت نتائج الفريق المنشورة.

“لكن في يوم من الأيام ، سيكتشف عالم أو مهندس أن المقاييس ستصدر من أعيننا وسيكون لدينا تفسير ديناميكي حراري لإنشاءه. ثم ، آمل أن نتمكن من استخدام هذه المعرفة لفهم الانفجارات النووية بشكل أفضل ونؤدي في النهاية إلى صورة أكثر اكتمالا لما يمثله الاختبار النووي.”

يمثل هذا الاكتشاف أقدم شبه تجريبي معروف ، ويشير إلى أنه قد يكون هناك مسارات طبيعية أخرى لتشكيل شبه البلورات. على سبيل المثال، فولجوريت الرمال المنصهرة مزورة بسبب ضربات البرق، والمواد من مواقع تأثير النيزك ، يمكن أن تكون كلاهما مصدرا لخزانات في البرية.

يمكن أن يساعدنا البحث أيضًا في فهم الاختبارات النووية غير المشروعة بشكل أفضل ، مع الهدف النهائي من كبح انتشار الأسلحة النووية. يمكن أن تكشف دراسة المعادن المزورة في مواقع الاختبارات النووية الأخرى عن البلورات ، والخصائص الديناميكية الحرارية التي يمكن أن تكون أداة للطب الشرعي النووي.

“إن فهم الأسلحة النووية للبلدان الأخرى يتطلب أن يكون لدينا فهم واضح لبرامج الاختبارات النووية الخاصة بهم ،” قال والاس.

“عادةً ما نقوم بتحليل الحطام والغازات المشعة لفهم كيفية بناء الأسلحة أو المواد التي تحتوي عليها ، ولكن هذه التوقيعات تتحلل. يمكن أن تخبرنا هذه البلورة التي تم تشكيلها في موقع الانفجار النووي بأنواع جديدة من المعلومات – وستكون موجودة إلى الأبد.”

تم نشر البحث في pnas.

تم نشر نسخة سابقة من هذه المقالة في مايو 2021.