أول انفجار نووي في العالم شكل بلورة “مستحيلة”: ScienceAlert

لا يمكننا دائمًا تحديد اللحظة التي يتغير فيها العالم بالضبط.

ولكن عندما انشق فجر نيو مكسيكو في الساعة 5:29 صباحًا يوم 16 يوليو 1945، كانت تلك بلا شك لحظة محورية في تاريخ البشرية.

كان ذلك بمثابة اختبار ترينيتي الذي أجراه جيش الولايات المتحدة: تفجير جهاز انفجار داخلي من البلوتونيوم يُعرف باسم “الأداة” ـ وهو أول اختبار في العالم لقنبلة نووية. وبعد مرور أكثر من 80 عامًا، لا يزال العلماء يكتشفون التغييرات التي أحدثتها.

الآن، في معدن تم تشكيله في غضب أول انفجار نووي متعمد في العالم، وجد العلماء بلورة، في ظل ظروف أكثر طبيعية، لن تكون قادرة على الوجود على الأرض.

“الظروف القصوى والعابرة التي تنتجها التفجيرات النووية يمكن أن تولد مراحل الحالة الصلبة التي لا يمكن الوصول إليها من خلال التوليف التقليدي”. يكتب فريقا بقيادة الجيولوجي لوكا بيندي من جامعة فلورنسا في إيطاليا.

“لقد أبلغنا عن اكتشاف كلاثرات سيليكات نحاس الكالسيوم من النوع الأول التي لم تكن معروفة سابقًا والتي تشكلت خلال تجربة ترينيتي النووية عام 1945؛ وهي أول كلاثرات مؤكدة بلوريًا تم تحديدها بين منتجات الانفجار النووي.”

كان الانفجار نفسه دراماتيكيًا بقدر ما يمكن توقعه في مثل هذه اللحظة المدمرة.

كان إطلاق الطاقة يعادل 21 كيلو طن من مادة تي إن تي. وقد أدى الانفجار إلى تبخير برج الاختبار الذي يبلغ ارتفاعه 30 مترًا (98 قدمًا) والبنية التحتية النحاسية المحيطة به، بما في ذلك الكابلات والأدوات المستخدمة لتسجيل الانفجار.

ودمجت كرة النار الناتجة البرج والنحاس مع الأسفلت ورمال الصحراء التي تم سحبها إلى سحابة الفطر، وحولت الخليط إلى مادة زجاجية لم تُرى من قبل سُميت فيما بعد بالترينيتيت.

وفي هذه المادة وجد العلماء بعض الهياكل الغريبة. في عام 2021، حدد بيندي وزملاؤه ما هو غير متوقع شبه بلوري في شكل الترينيتيت الأحمر النادر الذي يحتوي على معدن من البرج والكابلات وأدوات التسجيل… والآن أحدث هذا النوع من المادة مفاجأة أخرى.

بجوار شبه البلورة، عثر الباحثون على clathrate، وهو هيكل بلوري يتكون من ذرات مرتبة في شبكة تشبه القفص يمكنها حبس ذرات أخرى بداخلها.

البلورات هو مصطلح يستخدم لوصف ترتيب الذرات داخل مواد معينة، وتتشكل معظم البلورات في ظل ظروف مستقرة. تعتبر الكالثرات غير العضوية مميزة لأنها تتطلب ظروفًا محددة جدًا لتكوينها، ونادرًا ما توجد في الطبيعة.

تم استيفاء بعض هذه الشروط لفترة وجيزة خلال انفجار ترينيتي: الصدمة الشديدة، ودرجة الحرارة التي تتجاوز 1500 درجة مئوية (حوالي 2730 درجة فهرنهايت)، والضغوط من 5 إلى 8 جيجا باسكال، والتي انخفضت بعد ذلك بسرعة.

سمح هذا التغير السريع، الذي أعقبه تبريد سريع، للذرات الموجودة في الترينيتيت بالتجمع في تكوينات غير عادية، ثم أصبحت ثابتة في مكانها، مما أدى إلى تكوين هياكل لم يكن من الممكن أن تتشكل لولا ذلك.

هذه المادة هي في الأساس لحظة مجمدة في الزمن، مما يحافظ على لقطة معدنية لظروف درجة الحرارة والضغط الوجيزة المتولدة أثناء التفجير – وهو كنز ثمين للعلماء.

لقد كشفت الأبحاث التي أجريت على الترينيتيت الأحمر بالفعل عن مجموعة من المراحل غير العادية، وقد ظهر الكالثرات خلال أحد هذه التحليلات.

وباستخدام حيود الأشعة السينية، فحص الباحثون عينة من الترينيتيت الأحمر وحددوا قطرة غنية بالنحاس مدمجة فيها.

كشفت المزيد من التحقيقات عن تكوين ذري غير عادي – نوع مكعب من النوع الأول، حيث تحتوي “أقفاص” ذرات السيليكون على ذرات كالسيوم مفردة، مع وجود آثار من النحاس والحديد.

وهو يمثل أول نوع من الكالثرات تم العثور عليه في نواتج انفجار نووي.

هنا يصبح الأمر غريبًا. نظرًا لأن نفس الظروف التي تشكل الكالثرات تعزز أيضًا تكوين أشباه البلورات، وكان للكالثرات وشبه البلورات تركيبات متشابهة، فقد اعتقد بيندي وزملاؤه أن البنيتين قد تكونا مرتبطتين.

لقد أجروا نمذجة رياضية لتحديد ما إذا كان من الممكن أن تكون شبه البلورة قد نشأت من الكالثرات، لكن النتائج تشير بقوة إلى أنه على الرغم من أن هذا المسار ممكن بشكل عام، إلا أنه في هذه الحالة بالذات، كان تركيز النحاس مرتفعًا جدًا.

وهذا يعني أن مرحلتين بلوريتين مختلفتين للغاية، تشكلتا من نفس المواد تحت نفس الظروف القاسية، نشأتا بشكل مستقل داخل نفس العينة.

متعلق ب: يبتكر الفيزيائيون نوعًا جديدًا من أشباه البلورات الزمنية – داخل الماس

“تستبعد هذه النتائج تفسيرًا بنيويًا بسيطًا قائمًا على الكالثرات لشبه بلورة الثالوث وتؤكد على الطبيعة المميزة للأطوار الغنية بالسيليكون التي تتولد في ظل الظروف القاسية.” يكتب الباحثون.

يمكن لأبحاث مثل هذه أن تساعد العلماء على فهم آثار التجارب النووية بشكل أفضل، بل وتقدم أيضًا أدوات جديدة للطب الشرعي للتحقيق في المواقع التي حدثت فيها مثل هذه الانفجارات.

على نطاق أوسع، لاحظ الباحثون“يسلط هذا العمل الضوء على مدى ندرة الأحداث عالية الطاقة – مثل التفجيرات النووية، ضربات البرقوالتأثيرات فائقة السرعة – بمثابة مختبرات طبيعية لإنتاج مادة بلورية غير متوقعة ولاختبار النماذج الهيكلية وتقييدها بشكل نقدي بعيدًا عن متناول التوليف التقليدي.

وقد تم نشر النتائج في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.