Un quasi-cristal “impossible” est créé lors du premier essai de bombe nucléaire au monde

À 5 h 29 le matin du 16 juillet 1945, un terrible morceau d’histoire s’écrivait dans l’État du Nouveau-Mexique.

Le silence du matin a été brisé lorsque l’armée américaine a fait exploser un dispositif d’implosion au plutonium connu sous le nom de Gadget – le tout premier test au monde d’une bombe atomique, connu sous le nom de test Trinity. Ce moment allait changer la guerre pour toujours.

La libération d’énergie, équivalente à 21 kilotonnes de TNT, a vaporisé la tour d’essai de 30 mètres de haut (98 pieds) et des kilomètres de fils de cuivre la reliant à l’équipement d’enregistrement. La boule de feu résultante a fusionné la tour et le cuivre avec l’asphalte et le sable du désert en dessous en verre vert – un nouveau minéral appelé trinité.

Des décennies plus tard, les scientifiques ont découvert un secret caché dans un morceau de cette trinité – une forme rare de matière connue sous le nom de quasi-cristal, qui était autrefois considérée comme impossible.

“Les quasi-cristaux se forment dans des environnements extrêmes qui sont rares sur Terre”, a expliqué l’année dernière le géophysicien Terry Wallace du Laboratoire national de Los Alamos.

“Ils nécessitent un événement traumatisant avec des chocs, une température et une pression extrêmes. Nous ne voyons généralement pas cela, sauf dans quelque chose d’aussi dramatique qu’une explosion nucléaire.”

La plupart des cristaux, du simple sel de table aux diamants les plus résistants, adhèrent à la même règle : leurs atomes sont disposés dans une structure en treillis qui se répète dans un espace tridimensionnel. Les quasi-cristaux enfreignent cette règle – le schéma dans lequel leurs atomes sont disposés ne se répète pas.

Lorsque le concept est apparu pour la première fois dans le monde scientifique en 1984, on pensait que c’était impossible : les cristaux étaient soit ordonnés, soit désordonnés, sans terrain d’entente. Ensuite, ils ont été trouvés, à la fois fabriqués en laboratoire et dans la nature – au plus profond des météorites, forgés par des chocs thermodynamiques d’événements comme un impact à hypervitesse.

Sachant que des conditions extrêmes sont nécessaires pour produire des quasi-cristaux, une équipe de scientifiques dirigée par le géologue Luca Bindi de l’Université de Florence en Italie a décidé d’examiner de plus près la trinité.

Mais pas les trucs verts. Bien qu’inhabituel, nous avons vu suffisamment de quasi-cristaux pour savoir qu’ils ont tendance à absorber les métaux, alors l’équipe a entrepris de trouver une forme beaucoup plus rare du minéral – la trinité rouge, étant donné sa teinte des fils de cuivre évaporés qui y sont incorporés.

À l’aide de techniques telles que la microscopie électronique à balayage et la diffraction des rayons X, ils ont analysé six petits échantillons de trinitite rouge. Enfin, ils ont été touchés dans l’un des échantillons – un minuscule grain de silicium, de cuivre, de calcium et de fer à 20 côtés, avec une symétrie de rotation quintuple impossible dans les cristaux conventionnels – une “conséquence involontaire” du bellicisme.

“Ce quasi-cristal est beau dans sa complexité – mais personne ne peut encore nous dire pourquoi il s’est formé de cette façon”, a expliqué Wallace en 2021 lorsque les recherches de l’équipe ont été publiées.

“Mais un jour, un scientifique ou un ingénieur comprendra cela et les écailles seront levées de nos yeux et nous aurons une explication thermodynamique de son origine. Ensuite, j’espère que nous pourrons utiliser ces connaissances pour mieux comprendre les explosions nucléaires.” et finalement conduire à une image plus complète de ce que représente un essai nucléaire.”

Cette découverte représente le plus ancien quasi-cristal anthropique connu et suggère qu’il existe d’autres voies naturelles pour la formation de quasi-cristaux. Par exemple, les fulgurites de sable en fusion forgées par la foudre et les matériaux provenant des impacts de météorites peuvent tous deux être une source de quasi-cristaux dans la nature.

La recherche pourrait également nous aider à mieux comprendre les essais nucléaires illégaux, dans le but ultime de contenir la prolifération des armes nucléaires, ont déclaré les chercheurs. L’étude des minéraux forgés sur d’autres sites d’essais nucléaires pourrait découvrir davantage de quasi-cristaux, dont les propriétés thermodynamiques pourraient aider la criminalistique nucléaire.

“Pour comprendre les armes nucléaires des autres pays, nous devons avoir une compréhension claire de leurs programmes d’essais nucléaires”, a déclaré Wallace.

“Nous analysons généralement les débris radioactifs et les gaz pour comprendre comment les armes ont été fabriquées ou quels matériaux elles contiennent, mais ces signatures expirent. Un quasi-cristal formé sur le site d’une explosion nucléaire pourrait potentiellement nous donner de nouveaux types d’informations – et ils le font. ça.” existera pour toujours.”

La recherche a été publiée dans PNAS.

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