Атомне бомбардування Хіросіми 1945 року створило невідомий науці матеріал

На пляжах затоки Хіросіми вчені виявили мікроскопічну металеву частинку розміром кілька мікрометрів, якої раніше не фіксували ні в природі, ні в лабораторних умовах. Сплав утворився під час атомного бомбардування 6 серпня 1945 року, коли температура миттєво досягла рівня поверхні Сонця, а розплавлені та випарені речовини змішалися за умов, практично неможливих для відтворення в контрольованому експерименті.

Частинку знайшли серед дрібних уламків, зібраних на узбережжі. Незважаючи на мізерний розмір, її внутрішня структура зберегла відбиток процесів, що тривали частки секунди після вибуху. Склад і розташування атомів усередині зерна дозволяють відстежити, що відбувалося з речовиною в перші миті після детонації.

Ядерний вибух діє на навколишнє середовище подібно до удару блискавки чи падіння метеорита, але вивільняє незрівнянно більше енергії. Повітря і поверхня миттєво розігріваються, метали, мінерали, бетон і ґрунт переходять у газоподібний стан, перемішуються й конденсуються в нових поєднаннях. Коли охолодження відбувається так само різко, атоми не встигають вишикуватися в найстійкішу конфігурацію, і структура «заморожується» в проміжному стані.

Виявлений сплав складається переважно із заліза, хрому, нікелю, марганцю, молібдену, кремнію та алюмінію. Атоми рівномірно розподілені всередині складної кубічної ґратки — тривимірної повторюваної структури з кубічною симетрією. За звичайних умов така суміш розділяється на кілька простіших фаз: одні елементи групуються окремо, інші формують власні кристали. У хіросімській частинці всі компоненти залишилися в єдиній однорідній ґратці — подібного матеріалу з таким складом досі не описували.

Фізики називають такі стани метастабільними: матеріал перебуває не в енергетично найвигіднішій конфігурації, але зберігає форму, бо атомам бракує умов для перебудови. В лабораторіях метастабільні речовини отримують за допомогою надшвидкого охолодження, високого тиску або лазерних імпульсів. Однак наслідки ядерного вибуху створюють перепади температури й тиску, які жоден сучасний прилад не здатен відтворити.

Екстремальні події вже залишали після себе невідомі науці матеріали. Після випробування першої атомної бомби «Трініті» в липні 1945 року в пустелі утворився триніт — склоподібна речовина з розплавленого піску та компонентів бомби. Всередині трініту пізніше знайшли незвичайний клатратний кристал і квазикристали — структури зі суворим порядком, але без періодичного повторення фрагментів, які довго вважалися фізично неможливими. Хіросімський сплав до квазикристалів не належить, проте окремі фрагменти його внутрішньої будови нагадують елементи квазіперіодичних матеріалів.

Дослідники мають намір перевірити інші частинки із затоки Хіросіми та зразки, пов’язані з ядерними випробуваннями. Якщо схожі сплави виявляться в кількох зразках, це вкаже на загальний механізм утворення складних метастабільних структур під час катастрофічних подій. Ті самі закономірності можуть діяти при падінні метеоритів, ударах блискавок та в інших ситуаціях, де речовина переживає миттєвий нагрів і різке охолодження. Мікроскопічне зерно виявляється своєрідним записом умов, що існували надто недовго для прямого вимірювання.