首次核弹测试残骸中发现晶体

# 首枚核弹爆炸残骸中发现奇特晶体 来源：https://www.scientificamerican.com/article/strange-crystals-found-inside-wreckage-from-the-first-nuclear-bomb-test/ 三位一体核试验留下了一种独特的物质形态，如今，科学家在其中发现了一种新的化学结构 1945年7月16日，新墨西哥州三位一体核试验核弹爆炸时，火球在试验场上空升腾。 Underwood Archives/Contributor/Getty Images 近81年前，第一枚核弹爆炸了。作为曼哈顿计划的一部分，在美国新墨西哥州沙漠进行的三位一体试验引爆了一枚钚弹，释放的能量相当于2.5万吨TNT炸药。当蘑菇云消散后，融化的沙子与气化的传感器金属丝混合，留下了一种奇特的玻璃状物质。科学家称之为“trinitite”（三位一体玻璃）。 如今，研究人员在三位一体玻璃中发现了一种名为“笼合物”的新材料——这是一种笼状的化学晶格，能将其他原子捕获在其中。“这是一种全新的笼合物晶体——无论是自然界还是核爆炸产物中都从未见过，”意大利佛罗伦萨大学的地质学家Luca Bindi说，他是一项详细描述这一发现的新研究的合著者。 这种奇特材料是在极不寻常的条件下形成的。在三位一体爆炸中，被卷入随后火球的沙粒暴露在超过1500摄氏度的温度和数吉帕斯卡的压力下——这相当于正常大气压的数万倍，足以将石墨挤压成金刚石。物质气化、混合并迅速冷却，重新排列成新的形态。“这一切发生在几秒钟内，因此原子没有时间排列成稳定结构，导致了像这样的异常非平衡材料的形成，”Bindi说。 --- ## 支持科学新闻 如果您喜欢这篇文章，请考虑通过订阅（https://www.scientificamerican.com/getsciam/）来支持我们获奖的新闻工作。购买订阅将有助于确保那些塑造当今世界的发现与思想的有影响力的故事拥有未来。 --- 这种笼合物是在嵌入三位一体玻璃中的一个富含铜的金属液滴内部发现的。笼合物的“笼”形结构是由硅原子构成的十二面体（12面）和十四面体（14面），内部捕获了钙原子——有时也有铜原子和铁原子。 一块红褐色的岩石。研究中使用的三位一体玻璃样本，其中发现了新的笼合物。 Luca Bindia, Marek Mihalkovič, Michael Widom, Paul J. Steinhardt/PNAS “三位一体试验的瞬态极端条件使得那些在实验室实验中可能找不到的亚稳相得以形成，”马萨诸塞大学洛厄尔分校的地球科学家G. Nelson Eby说，他曾与部分研究作者合作过，但未参与此项研究。“这是对笼合物世界的一个有趣的新补充。” 笼合物晶体并非三位一体玻璃中唯一的新化学发现。2021年，研究人员发现了一种准晶体——一种科学家曾认为不可能存在的物质形态，它挑战了关于固体如何形成的传统观念。准晶体具有有序结构，但其原子不像普通晶体那样周期性地重复。 已知唯一另一种自然形成的准晶体是在陨石碎片中发现的，科学家认为它是在太阳系早期两颗小行星剧烈碰撞时形成的。 在三位一体玻璃中看到的准晶体由与新发现的笼合物相同的四种元素——铁、硅、铜和钙——组成。“在同一材料中发现的准晶体尤其引人入胜，因为它是在相同的极端条件下形成的，并且至今未能在实验室中重现，使其成为自然界创造但我们尚未能完全复制的稀有结构范例，”Bindi说。 科学家推测，这两种晶体在爆炸中相同的温度和压力下形成，但在铜元素丰富的区域形成了准晶体，而在铜元素稀缺的区域则形成了笼合物。 “这项工作强调了罕见的高能事件——如核爆炸、雷击和超高速撞击——如何充当产生意外结晶物质的天然实验室，”作者在其论文（https://doi.org/10.1073/pnas.2604165123）中写道。研究结果于5月11日发表在《美国国家科学院院刊》上。 ## 是时候为科学挺身而出了 如果您喜欢这篇文章，我想请您给予支持。《科学美国人》180年来一直作为科学和工业的倡导者，而现在可能是这两个世纪历史中最关键的时刻。 我从12岁起就是《科学美国人》的订户，它塑造了我看待世界的方式。《科学美国人》总是让我受到教育和愉悦，并激发了我对我们广阔美丽的宇宙的敬畏感。希望它也能为您带来同样的感受。 如果您订阅《科学美国人》（https://www.scientificamerican.com/getsciam/），您将帮助确保我们的报道聚焦于有意义的研究和发现；确保我们有资源报道那些威胁美国各地实验室的决策；并在科学本身的价值经常被忽视的时代支持初出茅庐和在职的科学家。 作为回报，您将获得重要新闻、引人入胜的播客（https://www.scientificamerican.com/podcasts/）、精彩的信息图表、不容错过的新闻简报（https://www.scientificamerican.com/newsletters/）、必看的视频、富有挑战性的游戏（https://www.scientificamerican.com/games/）以及科学界最佳的写作和报道。您甚至可以向他人赠送订阅（https://www.scientificamerican.com/getsciam/gift/）。 从未有过比现在更重要的时刻，让我们站出来证明科学为何重要。希望您能支持我们完成这一使命。