As detonações nucleares liberam uma quantidade surpreendente de força destrutiva. Mas a pressão e temperatura extremas que geram também tornam as explosões nucleares um caldeirão de criação química, capaz de entregar novas e surpreendentes descobertas científicas.

Na década de 1950, por exemplo, cientistas examinando detritos de testes de bomba de hidrogênio dos EUA encontraram dois novos elementos, que agora ocupam os números 99 e 100 da tabela periódica. Eles os batizaram em homenagem a cientistas nucleares proeminentes:einsteinium para Albert Einstein, e fermium para Enrico Fermi.

Agora, cientistas vasculhando os destroços no local da primeira detonação de bomba nuclear - realizada no Novo México em julho de 1945 e batizada de teste Trinity - descobriram uma peculiaridade química diferente. Em seu jornal, os pesquisadores relatam a descoberta de um tipo até então desconhecido de "quasicristal" - uma formação de cristal antes considerada impossível devido à sua estrutura geométrica irregular.

O que são quasicristais?

Os quasicristais foram descobertos pela primeira vez pelo cientista de materiais Dan Schechtman em 1984, mas foram inicialmente vistos como altamente controversos - até mesmo impossíveis - porque sua forma única não é permitida pelas regras que definem as estruturas cristalinas.

Os cristais são compostos de unidades que se repetem periodicamente em três dimensões. Uma boa maneira de pensar nisso é imaginá-los em duas dimensões. Você pode colocar ladrilhos no chão com certas formas geométricas, como quadrados, triângulos e hexágonos - porque eles tesselam, o que significa que eles podem ser encaixados em um padrão repetido sem sobreposições ou lacunas. Você não pode fazer isso com ladrilhos pentagonais ou heptagonais. Eles não podem ser tesselados, para que deixassem lacunas irregulares em seu chão.

Estruturas cristalinas tridimensionais seguem a mesma regra. As unidades repetitivas naturalmente se organizam em um padrão regular - preenchendo todo o espaço disponível. Um arranjo hexagonal, por exemplo, é uma estrutura cristalina típica.

A regra geral é que os cristais devem ter unidades repetidas com 2 vezes, 3 vezes, Eixos de 4 ou 6 dobras. Aqui, "dobrar" significa quantas vezes você pode girar a unidade de cristal tridimensional para que pareça igual à sua posição inicial - permitindo a tesselação. A regra significa que as unidades de cristal com um eixo de 5 vezes (pentagonal) ou qualquer coisa de 7 vezes e acima (heptagonal e além) não irão tesselar, e, portanto, não pode existir.

Telha Penrose

Esta regra foi mantida até 1974, quando o físico matemático britânico Roger Penrose descobriu uma maneira de cobrir um espaço bidimensional como um piso com formas que não se repetem periodicamente - uma forma de mosaico agora chamada de "ladrilho de Penrose".

Essas ideias foram logo aplicadas a estruturas tridimensionais, e foi em 1984 que Schechtman publicou seu trabalho experimental sobre quasicristais. Sua descoberta lhe valeu o Prêmio Nobel de Química em 2011.

Mais de 100 tipos de quasicristais foram descobertos desde então, embora quase todos eles tenham sido produzidos em laboratório. Três exceções, encontrado dentro do meteorito Khatyrka no nordeste da Rússia, pode remontar ao início do nosso sistema solar. E agora há outro, que é o mais antigo quasicristal existente a ter sido produzido - embora acidentalmente - como resultado da atividade humana.

Novo quasicristal

O novo quasicristal foi encontrado dentro de um material vítreo chamado trinitito vermelho, que os cientistas obtiveram no local da explosão nuclear de 1945. O trinitito foi formado no momento da detonação do teste Trinity, quando as areias do deserto do Novo México foram lançadas ao ar e aquecidas a 8ºC, 000 ° C antes de chover como trinitito recém-sintetizado.

Este novo quasicristal é icosaédrico - possuindo 20 faces - e é estruturado com 2 dobras, Eixos de simetria de 3 e 5 vezes. Isso significa que existem três perspectivas específicas desta estrutura 3D complexa que se repetem de forma idêntica quando é girada:uma é repetida duas vezes, uma tres vezes, e as outras cinco vezes. É o eixo quíntuplo - como o pentágono bidimensional que sabemos não pode tesselar - que significa que a amostra é um quasicristal.

É também uma amostra única, porque o quasicristal tem silício, cálcio e cobre em sua composição. O cobre, que dá ao trinitito sua tonalidade vermelha, provavelmente encontrou seu caminho para o quasicristal por meio de um conjunto de linhas de transmissão que passavam perto do local do teste da bomba e foram vaporizadas junto com a areia após a detonação.

Aprendendo com quasicristais

Praticamente, cientistas de materiais estão explorando a aplicação de quasicristais para explorar sua baixa condutividade de calor, o que possivelmente está relacionado às suas estruturas não periódicas. Eles já foram usados ​​como revestimento em frigideiras antiaderentes, por exemplo. Outras aplicações sugeridas incluem luzes LED e instrumentos cirúrgicos, mas seu desenvolvimento está em um estágio inicial.

Mas se mais dessas curiosidades cristalográficas e químicas forem encontradas nos destroços deixados pelos testes de bomba nuclear, estudar sua composição também pode ajudar os cientistas a entender as forças ferozes em jogo no coração das explosões nucleares - um lugar que nenhum instrumento científico mediu diretamente.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.