Gündem

İlk nükleer patlama ‘imkansız’ yarı kristalleri yarattı

0

Kuasikristal içeren kırmızı trinitit örneği

Bu kırmızı trinitit örneğinin daha önce bilinmeyen bir kuasikristal türü içerdiği bulundu.Katkı Sağlayanlar: Luca Bindi, Paul J. Steinhardt

Alışılmadık, tekrar etmeyen yapılara sahip sözde ‘imkansız’ malzemeler olarak adlandırılan yarı kristalleri arayan bilim adamları, dünyanın ilk nükleer bomba testinin kalıntılarında bir tanesini belirlediler.

Daha önce bilinmeyen, demir, silikon, bakır ve kalsiyumdan yapılmış yapı, muhtemelen buharlaşmış çöl kumu ve bakır kabloların kaynaşmasından oluşmuştur. Laboratuvarda benzer malzemeler sentezlendi ve göktaşlarında tanımlandı, ancak bu, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı 17 Mayıs, bu elementlerin kombinasyonuyla bir kuasikristalin ilk örneğidir.1.

İmkansız simetriler

Kuasikristaller, sıradan kristallerdekinin aksine, düzenli, tuğla işi benzeri bir modelde tekrar etmeyen atomların yapı taşlarını içerir. Sıradan kristal yapılar belirli yönlere çevrildikten sonra özdeş görünürken, yarı kristallerin bir zamanlar imkansız olduğu düşünülen simetrileri vardır: örneğin, bazıları beşgen simetriye sahiptir ve bu nedenle tam bir bükülmenin beşte biri kadar döndürüldüğünde aynı görünür.

Şu anda Haifa’daki Technion İsrail Teknoloji Enstitüsü’nde bulunan malzeme bilimci Daniel Shechtman, ilk olarak 1982’de sentetik bir alaşımda böyle imkansız bir simetri keşfetti. Çeşitli olası yönlerin her birinde döndürüldüğünde beşgen simetriye sahipti, yapı taşları olsaydı meydana gelecek bir şey olurdu. icosahedral – yani, 20 yüzü olan düzgün bir şekle sahipti. Birçok araştırmacı başlangıçta Shechtman’ın bulgularını sorguladı, çünkü yalnızca ikosahedronları kullanarak alanı doldurmak matematiksel olarak imkansızdır. Shechtman, keşif için nihayetinde 2011 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı.

Aynı zamanda, şu anda New Jersey’deki Princeton Üniversitesi’nde teorik fizikçi olan Paul Steinhardt ve işbirlikçileri, tekrarlanmayan 3B yapıların olası varlığını teorileştirmeye başlamıştı. Bunlar bir ikosahedron ile aynı simetriye sahipti, ancak aynı modelde asla tekrarlanmayan birkaç farklı tipteki yapı taşlarından bir araya getirilmişlerdi – böylece simetrik kristallerin matematiğinin onları neden gözden kaçırdığını açıklıyorlardı. Şu anda Oxford Üniversitesi’nde çalışan matematiksel fizikçi Roger Penrose ve diğer araştırmacılar daha önce Penrose döşemeleri adı verilen iki boyutta benzer modeller keşfettiler.

Steinhardt, 1982’de Shechtman’ın keşfinden elde edilen deneysel verileri ilk kez gördüğü ve bunları teorik öngörüleri ile karşılaştırdığı anı hatırlıyor. “Masamdan kalktım ve gittim ve desenimize baktım ve farkı anlayamadın,” dedi. Yani bu inanılmaz bir andı.

Sonraki yıllarda, malzeme bilimcileri, olası yasak simetri aralığını genişleterek birkaç tür kuasikristal sentezledi. Steinhardt ve meslektaşları daha sonra Doğu Sibirya’daki Kamçatka Yarımadası’nda bulunan bir göktaşından elde edilen parçalarda doğal olarak oluşan ilk ‘ikosahedrit’i buldular. Steinhardt, bu yarı kristalin muhtemelen erken Güneş Sisteminde iki asteroit arasındaki çarpışmada oluştuğunu söylüyor. Laboratuvarda üretilen yarı kristallerden bazıları da malzemelerin yüksek hızda parçalanmasıyla üretildi, bu nedenle Steinhardt ve ekibi nükleer patlamalardan kaynaklanan şok dalgalarının da yarı kristal oluşturup oluşturmayacağını merak etti.

‘Dilimleniyor ve kesiliyor’

16 Temmuz 1945’te New Mexico’nun Alamogordo Bombalama Alanı’nda gerçekleşen bir nükleer bombanın ilk patlaması olan Trinity testinin ardından araştırmacılar, çöl kumunun sıvılaşmasından oluşan geniş bir yeşilimsi camsı malzeme alanı buldular. Bu trinitite adını verdiler.

Plütonyum bombası, sensörler ve kablolarıyla yüklü 30 metre yüksekliğindeki bir kulenin tepesinde patlatılmıştı. Steinhardt, sonuç olarak oluşan bazı trinititlerin kırmızımsı kapanımlara sahip olduğunu söylüyor. “İletim hatlarındaki bakır ile doğal malzemenin bir füzyonuydu.” Quasicrystals genellikle normalde birleşmeyen elementlerden oluşur, bu nedenle Steinhardt ve meslektaşları kırmızı trinitit örneklerinin yarı kristalleri aramak için iyi bir yer olacağını düşündüler.

Steinhardt, “On ay boyunca, her türden minerale bakarak dilimleyip dilimledik,” diyor. “Sonunda, küçük bir damar bulduk.” Yarı kristal, Shechtman’ın orijinal keşfindeki ile aynı tür ikosahedral simetriye sahiptir.

Salt Lake City’deki Utah Üniversitesi’nde teorik bir kimyager olan Valeria Molinero, “Yapısındaki silikonun hakimiyeti oldukça farklı” diyor. “Bununla birlikte, birçok yarı kristal laboratuvarda sentezlendikten sonra,” diyor, “gerçekten ilgi çekici bulduğum şey, doğada çok az olmaları.” Steinhardt, bunun, yarı kristallerin oluşumunun “alışılmadık element kombinasyonlarını ve alışılmadık düzenlemeleri” içerdiği için olabileceğini söylüyor.

Bilinen çoğu yarı kristaller gibi, trinitit yapı da bir alaşım gibi görünüyor – bir elektron denizindeki pozitif iyonlardan oluşan metal benzeri bir malzeme. Princeton’da yerbilimci olan Lincoln Hollister, kayaçta tipik olarak oksitlenmiş bir biçimde oluşan silikon için alışılmadık bir durumdur: Oksidasyonu tersine çevirmek, şok dalgasının yoğun ısısı ve basıncı gibi aşırı koşullar gerektirecektir, diyor.

Steinhardt, yarı kristallerin bir tür nükleer adli tıp bilimi için kullanılabileceğini, çünkü gizli bir nükleer testin gerçekleştiği yerleri ortaya çıkarabileceklerini öne sürüyor. Şimşek kayaya, kuma veya diğer çökeltilere çarptığında oluşan malzeme olan fulgurit gibi şiddetli koşullarda üretilen diğer malzemelerde de kuasikristaller oluşabilir. “Yarı kristal destan devam edecek!” Hollister diyor.

Profesör

Galaksimizdeki En Eski Yıldızlar Gaia Sosis, Gökbilimciler Buluyor

Previous article

COVID aşıları, Asya’yı vuran varyantları engelleyebilir, laboratuvar çalışması bulguları

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem