Przez dziesięciolecia kwazikryształy były odrzucane jako matematyczne dziwactwa – struktury tak dziwne, że pozornie nie mogły istnieć w naturze. Obecnie te „niemożliwe” materiały odkrywa się w nieoczekiwanych miejscach, od miejsc testowania bomb atomowych po meteoryty, co podważa naszą wiedzę na temat form i ewolucji materii. Historia ich odkrycia to nie tylko przełom naukowy, ale także przypomnienie, że wszechświat często nie podporządkowuje się zgrabnej kategoryzacji.
Długie odrzucanie niemożliwego
Kryształy, elementy budulcowe naszego materialnego świata, zawsze przestrzegały ścisłych zasad symetrii. Przez stulecia naukowcy wierzyli, że istnieje tylko 230 różnych struktur krystalicznych, z których każda opiera się na powtarzających się wzorach atomowych. Struktura ta wykluczała konstrukcje o „zakazanych” symetriach, takich jak pięciokrotny lub siedmiokrotny porządek rotacji, ponieważ nie można było ich łączyć bez przerw lub zakładek.
Pomysł, że takie struktury mogą istnieć, został po raz pierwszy zaproponowany w 1983 roku przez fizyka Paula Steinhardta i jego ucznia Dova Levina. Ich teoria sugerowała, że kwazikryształy mogą tworzyć ciała stałe o niepowtarzalnych wzorach atomowych, tworząc rodzaj „dysonansu w przestrzeni”. Początkowo spotkało się to ze sceptycyzmem, ale w 1984 roku materiałoznawca Daniel Shechtman udowodnił, że mają rację, syntetyzując w laboratorium stop o pięciokrotnej symetrii. Został nagrodzony Nagrodą Nobla w 2011 r., chociaż wielu nadal postrzegało kwazikryształy jako niestabilne anomalie ograniczone do kontrolowanych warunków.
Poza laboratorium: kwazikryształy na wolności
Steinhardt nie był usatysfakcjonowany. Uważał, że skoro kwazikryształy mogą powstawać w laboratorium, to muszą istnieć w naturze. We współpracy z geologiem Lucą Bindim rozpoczęli poszukiwania tych materiałów w prawdziwym świecie. Jednego z ich pierwszych odkryć dokonano na meteorycie zwanym Khatyrkit, znalezionym w odległym regionie Syberii. Meteoryt ten zawierał pierwszy na świecie naturalny kwazikryształ, co dowodzi, że takie struktury mogą powstawać poza laboratorium.
Zespół w dalszym ciągu przesuwał granice, badając ekstremalne środowiska, w których mogą przetrwać kwazikryształy. Ważnym wnioskiem było to, że zdarzenia wysokoenergetyczne, takie jak uderzenia lub eksplozje asteroid, mogą stworzyć warunki niezbędne do ich powstania. To doprowadziło ich do nieoczekiwanego źródła: pozostałości pierwszego testu bomby atomowej, znanej jako „Trójca”. Próbki zebrane w ośrodku Trinity zawierały nie tylko szkło, ale także pierwszy sztuczny kwazikryształ, powstały w wyniku intensywnego ciepła i fal uderzeniowych powstałych w wyniku eksplozji.
Nieoczekiwana stabilność kwazikryształów
Przez wiele lat zakładano, że kwazikryształy są z natury niestabilne i ostatecznie zapadają się w normalne struktury krystaliczne. Jednak najnowsze badania podważają tę koncepcję. Korzystając z nowych technik modelowania, naukowcy wykazali, że niektóre kwazikryształy mogą być naprawdę stabilne i zdolne do przetrwania przez miliardy lat. Ta stabilność w połączeniu z ich unikalną strukturą atomową czyni je cennym dowodem brutalnych wydarzeń, które je stworzyły.
Nowe okno na kosmiczną historię
Odkrycie kwazikryształów ma konsekwencje daleko wykraczające poza naukę o materiałach. Mogą służyć jako markery kosmicznych uderzeń podczas formowania się planet, dostarczając wskazówek na temat wczesnej historii Układu Słonecznego. Naukowcy badają obecnie próbki z meteorytów, a nawet misji Apollo, mając nadzieję znaleźć dowody na istnienie kwazikryształów, które mogłyby ujawnić więcej informacji na temat warunków panujących w starożytnych ciałach niebieskich.
Poszukiwania trwają, a naukowcy przeglądają mikrometeoryty, szkło wulkaniczne, a nawet próbki z Antarktydy, gdzie pył kosmiczny gromadzi się w lodzie. Ostatecznym celem jest nie tylko odkrycie większej liczby kwazikryształów, ale także zrozumienie, w jaki sposób powstają, co mogą nam powiedzieć o wszechświecie i dlaczego te „niemożliwe” struktury okazują się zaskakująco powszechne.
Ciągłe odkrycia pokazują, że kwazikryształy to nie tylko ciekawostka naukowa, ale fundamentalna część świata przyrody, czekająca na odkrycie w nieoczekiwanych miejscach.
