Десятиліттями квазікристали відкидали як математичні дивацтва — настільки дивні структури, що, здавалося б, не могли існувати в природі. Сьогодні ці «неможливі» матеріали виявляють у несподіваних місцях, від місць випробування атомної бомби до метеоритів, що ставить під сумнів наше розуміння того, як утворюється та еволюціонує матерія. Історія їхнього відкриття є не лише науковим проривом, а й нагадуванням про те, що Всесвіт часто відмовляється відповідати чіткій класифікації.
Тривала відмова від неможливого
Кристали, будівельні блоки нашого матеріального світу, завжди підкорялися суворим правилам симетрії. Століттями вчені вважали, що існує лише 230 різних кристалічних структур, кожна з яких базується на повторюваних атомних моделях. Ця структура виключала структури із «забороненою» симетрією, такі як п’ятикратний або семикратний порядок обертання, оскільки вони не могли з’єднуватися без проміжків або перекривань.
Ідея про те, що такі структури можуть існувати, була вперше висунута в 1983 році фізиком Полом Штайнхардтом і його учнем Довом Левіним. Їхня теорія припускала, що квазікристали можуть утворювати тверді тіла з неповторюваними структурами атомів, створюючи своєрідний «дисонанс у просторі». Спочатку це було сприйнято скептично, але в 1984 році дослідник матеріалів Даніель Шехтман довів їхню правоту, синтезувавши в лабораторії сплав із п’ятикратною симетрією. У 2011 році він був удостоєний Нобелівської премії, хоча багато хто все ще розглядав квазікристали як нестабільні аномалії, обмежені контрольованими умовами.
За межами лабораторії: квазікристали в природі
Штайнхардт був незадоволений. Він вважав, що якщо квазікристали можуть утворюватися в лабораторії, то вони повинні існувати в природі. У співпраці з геологом Лукою Бінді вони почали пошуки цих матеріалів у реальному світі. Одне з перших відкриттів було зроблено на метеориті під назвою Хатиркіт, знайденому у віддаленому районі Сибіру. Цей метеорит містив перший у світі природний квазікристал, доводячи, що такі структури можуть формуватися поза лабораторією.
Команда продовжувала розширювати межі, вивчаючи екстремальні середовища, в яких квазікристали можуть вижити. Важливим було усвідомлення того, що події високої енергії, такі як зіткнення з астероїдами або вибухи, можуть створити необхідні умови для їх утворення. Це привело їх до несподіваного джерела: залишків першої випробувальної атомної бомби, відомої як «Трініті». Зразки, зібрані на місці Трініті, містили не тільки скло, але й перший штучний квазікристал, утворений інтенсивним теплом і ударними хвилями вибуху.
Несподівана стабільність квазікристалів
Протягом багатьох років вважалося, що квазікристали за своєю суттю нестабільні і зрештою розпадуться на нормальні кристалічні структури. Однак останні дослідження ставлять під сумнів цю ідею. Використовуючи нові методи моделювання, вчені показали, що деякі квазікристали можуть бути справді стабільними та здатними виживати мільярди років. Ця стабільність у поєднанні з їхньою унікальною атомною структурою робить їх цінним доказом насильницьких подій, які їх створили.
Нове вікно в космічну історію
Відкриття квазікристалів має значення далеко за межами матеріалознавства. Вони можуть служити маркерами космічних впливів під час формування планет, даючи підказки про ранню історію Сонячної системи. Зараз дослідники вивчають зразки метеоритів і навіть місії Аполлон, сподіваючись знайти докази існування квазікристалів, які могли б розкрити більше про умови на стародавніх небесних тілах.
Пошуки тривають: вчені відбирають мікрометеорити, вулканічне скло і навіть зразки з Антарктиди, де космічний пил накопичується в льоду. Кінцева мета полягає не тільки в тому, щоб знайти більше квазікристалів, але й зрозуміти, як вони утворюються, що вони можуть розповісти нам про Всесвіт і чому ці «неможливі» структури виявляються напрочуд поширеними.
Постійні відкриття показують, що квазікристали є не просто науковою цікавиною, а фундаментальною частиною світу природи, яка чекає на відкриття в несподіваних місцях.
