Prvý test jadrovej bomby, známy ako test Trinity, zanechal po sebe jedinečnú formu hmoty. Vedci v nej teraz objavili novú chemickú štruktúru.
Hmota sa pri výbuchu extrémne rýchlo odparila, premiešala a ochladila, pričom sa usporiadala do nových foriem. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Pixilated Planet
Takmer pred 81 rokmi sa uskutočnil prvý test jadrovej bomby na svete. Odohral sa 16. júla 1945 o 5.29 hod. Armáda Spojených štátov v ten deň odpálila plutóniové implozívne zariadenie známe ako Gadget. Do dejín sa test, ktorý bol súčasťou projektu Manhattan, zapísal ako test Trinity.
Trinitit a nový minerál
Tento okamih navždy zmenil dejiny vojen. Uvoľnenie energie s ekvivalentom približne 21 kiloton TNT odparilo 30-metrovú testovaciu vežu aj kilometre medených drôtov, ktoré ju spájali so záznamovým vybavením. Výsledná ohnivá guľa roztavila vežu, meď, asfalt aj púštny piesok a premenila ich na nový minerál, ktorý vedci pomenovali trinitit. Väčšina trinititu má svetlozelenú farbu. V jednej časti výbuchu bola nájdená aj červená hmota obohatená o medené prvky z odparených drôtov.
Trinitit, známy aj ako atomsit alebo alamogordské sklo, je sklovitý pozostatok, ktorý zostal v púšti po teste plutóniovej jadrovej bomby. Sklo tvorí najmä arkozický piesok pozostávajúci zo zŕn kremeňa a živice, ktorý bol roztavený jadrovým výbuchom. Po prvýkrát bol akademicky opísaný v časopise American Mineralogist v roku 1948.
Zelený trinitit. Zdroj: iStock/Bjoern Wylezich
Objav novej štruktúry v trinitite
V štúdii uverejnenej 11. mája 2026 v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vedci, medzi nimi aj Slovák Marek Mihalkovič z Fyzikálneho ústavu SAV, v. v. i., informujú o objave novej štruktúry v rámci trinititu. Ide o takzvaný klatrát, typ chemickej štruktúry, v ktorej jedna látka vytvára „klietku“ okolo molekúl inej látky bez toho, aby medzi nimi vznikla klasická chemická väzba. Hostiteľská štruktúra uzavrie hosťujúce molekuly do dutín alebo kanálikov.
„Ide o úplne nový druh klatrátového kryštálu – o niečo, čo sa doteraz v prírode ani v produktoch jadrového výbuchu nikdy neobjavilo,“ cituje článok v časopise Scientific American spoluautora novej štúdie geológa Lucu Bindiho z Florentskej univerzity v Taliansku.
Tento zvláštny materiál je výsledkom extrémnych podmienok. Počas výbuchu bol piesok vtiahnutý do ohnivej gule vystavený teplotám vyšším ako 1 500 stupňov Celzia a tlakom niekoľkých gigapascalov. Len na ilustráciu, ide o taký vysoký tlak, pri ktorom sa grafit mení na diamant. Hmota sa extrémne rýchlo odparila, premiešala a ochladila, pričom sa usporiadala do nových foriem.
„Všetko sa to udialo v priebehu niekoľkých sekúnd, takže atómy nemali čas usporiadať sa do stabilných štruktúr, čo viedlo k vzniku nezvyčajných nerovnovážnych materiálov, ako je tento,“ uvádza Bindi.
Vzorka trinititu použitá v štúdii, v ktorej bol objavený nový klatrát. Zdroj: PNAS/Luca Bindi, Marek Mihalkovič, Michael Widom, Paul J. Steinhardt
Kvázikryštál objavený v roku 2021
Nový druh klatrátového kryštálu nie je jedinou novou štruktúrou, ktorú vedci v trinitite objavili. Už v roku 2021 objavili vzácnu formu hmoty, takzvaný kvázikryštál.
„Kvázikryštály sa tvoria v extrémnych prostrediach, ktoré na Zemi existujú len zriedka,“ vysvetlil pre Science Alert geofyzik Terry Wallace z Národného laboratória Los Alamos v roku 2021. „Vyžadujú si traumatickú udalosť s extrémnym šokom, tlakom a extrémnou teplotou. Okrem niečoho takého dramatického, ako je jadrový výbuch, to bežne nevidíme.“
Porušenie kryštálového pravidla
Väčšina kryštálov od obyčajnej kuchynskej soli až po najtvrdšie diamanty sa riadi rovnakým pravidlom: ich atómy sú usporiadané v mriežkovej štruktúre, ktorá sa opakuje v trojrozmernom priestore.
Kvázikryštály toto pravidlo porušujú. Vzor, v ktorom sú ich atómy usporiadané, sa neopakuje. Keď sa tento koncept prvýkrát objavil vo vedeckom svete v roku 1984, myslelo sa, že je to nemožné. Kryštály boli buď usporiadané, alebo neusporiadané, nebola možnosť existencie niečoho medzi tým.
Neskôr však boli skutočne nájdené, vytvorené v laboratórnych podmienkach aj vo voľnej prírode, napríklad hlboko vnútri meteoritov. Vznikli pri termodynamickom šoku spôsobenom nárazom, aký môže nastať pri zrážkach v kozme, pri extrémne vysokej rýchlosti (hypervelocity impact).
Vzorka červeného trinititu. Zdroj: Bindi et al., PNAS, 2021
Červený trinitit
Geológ Luca Bindi spolu s tímom vedcov skúmal trinitit už v roku 2021. Vedel, že na vznik kvázikryštálov sú potrebné extrémne podmienky, nie však na zelenú hmotu.
Hoci sú nezvyčajné, vedci už videli dostatok kvázikryštálov na to, aby vedeli, že majú tendenciu obsahovať kovy. Tím sa preto zameral na oveľa vzácnejší druh minerálu, na červený trinitit, ktorého odtieň spôsobujú stopy medi pochádzajúce z odparených elektrických drôtov zabudovaných do taveniny.
Pomocou techník, ako je skenovacia elektrónová mikroskopia a röntgenová difrakcia, analyzovali šesť malých vzoriek červeného trinititu. Nakoniec v jednej zo vzoriek našli drobné 20-stranné zrnko kremíka, medi, vápnika a železa s päťnásobnou rotačnou symetriou, ktorá je v konvenčných kryštáloch nemožná.
„Tento kvázikryštál je veľkolepý svojou zložitosťou, ale nikto nám zatiaľ nevie povedať, prečo vznikol týmto spôsobom,“ povedal Wallace v roku 2021, keď boli výsledky tímu zverejnené. „Ale jedného dňa na to príde nejaký vedec alebo inžinier a budeme mať objasnené termodynamické vysvetlenie jeho vzniku. Dúfam, že potom budeme môcť tieto poznatky využiť na lepšie pochopenie jadrových výbuchov a nakoniec dospejeme k úplnejšiemu obrazu o tom, čo predstavuje jadrový test.“
Kvázikryštály aj vo voľnej prírode
Objav predstavuje najstarší známy antropogénny kvázikryštál a naznačuje, že môžu existovať aj iné prirodzené cesty vzniku kvázikryštálov.
Napríklad fulgurity roztaveného piesku vytvorené údermi blesku či materiál z miest dopadov meteoritov by mohli byť zdrojom kvázikryštálov vo voľnej prírode. Výskum by tiež mohol pomôcť lepšie pochopiť nelegálne jadrové testy s konečným cieľom obmedziť šírenie jadrových zbraní.
Štúdium minerálov vyrobených na ďalších miestach jadrových testov by mohlo odhaliť ďalšie kvázikryštály, ktorých termodynamické vlastnosti by mohli byť nástrojom jadrovej forenznej analýzy.
„Pochopenie jadrových zbraní iných krajín si vyžaduje, aby sme mali jasnú predstavu o ich programoch jadrových testov,“ povedal Wallace. „Zvyčajne analyzujeme rádioaktívne trosky a plyny, aby sme pochopili, ako boli zbrane vyrobené alebo aké materiály obsahovali, ale tieto indície sa časom rozpadajú. Kvázikryštál, ktorý sa vytvorí na mieste jadrového výbuchu, nám môže potenciálne poskytnúť nové typy informácií. A tie budú existovať navždy.“ Výskum bol publikovaný v PNAS v roku 2021.
Zdroj: PNAS, Science Alert, Scientific American, Wikipedia
(LDS, zh)
