美國從首次核試驗現場發現神奇準晶體

一份新研究公佈，科學家在美國76年前進行的第一次原子彈爆炸試驗的廢墟中找到了一粒準晶體（quasicrystal）。研究者認為，這可能是人類歷史上第一次無意之中合成了這種神奇的材料。

準晶體是一種非常特殊的晶體。其內部具有一般晶體那樣對稱的結構，但是卻沒有重複性的規律，或者說不具有平移的對稱性。以前科學家曾認為這種物質是不存在的，直到1982年，以色列材料學家丹·謝赫特曼（Dan Shechtman）發現了這種物質的存在並以此獲得了諾貝爾獎。

在第二次世界大戰期間，作為曼哈頓計劃（Manhattan Project）的一部份，美國陸軍於1945年7月16日在新墨西哥州的沙漠內進行了一次代號為「三位一體」（Trinity）的核試驗。這次試驗被看作是核子時代開始的象徵。

爆炸後，矽酸鹽組成的沙子被爆炸產生的大火球吸入升空，產生一些名為玻璃石（Trinitite）的礦物質再從天空散落至地面。

這些礦物質多數是綠色的，但是偶爾會發現一兩塊紅色的，應該是沙子熔合了試驗記錄設備上的氧化銅的緣故。直到現在，科學家還不明確究竟在怎樣的條件下才會產生玻璃石。現場已經受到保護，從現場拿走任何石塊都構成罪行。

最近，一份由意大利佛羅倫斯大學（University of Florence）和美國普林斯頓大學（Princeton University）聯合完成的研究，在這些爆炸物的殘骸中、一塊只有1厘米長的紅色玻璃石樣品裏面，發現了一粒準晶體。

研究人員知道高溫、高壓的環境是生成準晶體的部份條件，所以這個研究組想去調查三位一體核試驗現場的殘骸。

大部份準晶體都是金屬合金。於是研究人員從樣品中分離出12塊金屬物，用X光衍射技術分析。結果發現其中一塊金屬物不僅具有雙重對稱軸，還有三重和五重對稱軸，這是只有準晶體才具有的特徵。

研究人員表示，準晶體要在極端的條件和環境下才能產生，在此之前，人類不大可能有這樣的環境造出準晶體，所以這次核試驗應該是人類第一次無意之中合成了準晶體。

迄今為止人類發現的第一塊自然生成的準晶體，是2010年從一塊哈特卡（Khatyrka）隕石內發現。科學家認為這塊隕石的來源可追溯到太陽系誕生的初期那樣久遠的年代。

威斯康星大學麥迪遜分校的化學家博納米奇（Chloe Bonamici）說，這說明核爆火球內部是個很不尋常的環境，能夠合成奇特的材料。具體來說，可能是核爆火球內蒸氣和等離子體的冷凝過程起到重要的作用。現在很多人工合成的準晶體都要用到蒸汽沉積、等離子噴塗等類似的過程。

博納米奇說，既然這個核試驗現場能產生準晶體，說明其它核試驗現場也會發現新的準晶體，這將有助於我們了解它們在自然界中產生所需的各種條件。「就目前而言，這粒小小的準晶體是一個更大謎團裏面一個誘人的小謎團。」

這份研究將於6月1日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。#

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