1945 年 7 月 16 日凌晨 5 点 29 分，新墨西哥州创造了一段可怕的历史。
当美国陆军引爆了一种被称为“小工具”的钚内爆装置时，黎明的平静被打破了——这是世界上第一次核弹试验，被称为“三位一体试验”。 这一刻将永远改变战争。
释放的能量相当于 21 公斤 TNT，蒸发了 30 米（98 英尺）长的测试塔以及将其连接到记录设备的数英里长的铜线。 由此产生的火球将塔和铜与下面的沥青和沙漠沙融合成绿色玻璃——一种称为三硝石的新矿物。
几十年后，科学家们发现了隐藏在一块三位一体石中的秘密——一种罕见的物质形式，称为准晶体，一度被认为是不可能的。
“准晶体是在地球上很少存在的极端环境中形成的，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球物理学家特里·华莱士解释道。
“它们需要具有极端冲击、温度和压力的创伤性事件。我们通常不会看到这种情况，除非是像核爆炸这样戏剧性的事情。”
大多数晶体，从不起眼的食盐到最坚硬的钻石，都遵循相同的规则：它们的原子排列成在三维空间中重复的晶格结构。 准晶体打破了这一规则——它们的原子排列模式不会重复。
当这个概念于 1984 年首次出现在科学界时，人们认为不可能的：晶体要么是有序的，要么是无序的，没有中间状态。 然后果然被发现了，两人在实验室环境中创建在野外——陨石深处，由超高速撞击等事件的热力学冲击形成。
意大利佛罗伦萨大学地质学家卢卡·宾迪领导的一个科学家小组知道产生准晶体需要极端的条件，因此决定仔细研究三硝石。
但不是绿色的东西。 尽管它们并不常见，但我们已经看到足够多的准晶体，知道它们往往会结合金属，因此该团队开始寻找一种更罕见的矿物形式——红色三硝石，因为它的色调是由其中包含的汽化铜线决定的。
他们利用扫描电子显微镜和 X 射线衍射等技术分析了六个红色三硝石的小样本。 最后，他们在其中一个样品中得到了成功——一种由硅、铜、钙和铁组成的微小 20 面晶粒，具有传统晶体中不可能实现的五重旋转对称性——这是好战行为的“意外后果”。
“这种准晶体的复杂性非常惊人，但还没有人能告诉我们为什么它会以这种方式形成，”华莱士说。
“但是有一天，科学家或工程师会弄清楚这一点，我们的视野中的鳞片将会被揭开，我们将对它的产生有一个热力学解释。然后，我希望，我们可以利用这些知识来更好地理解核爆炸和核爆炸。”最终使人们更全面地了解核试验所代表的含义。”
这一发现代表了已知最古老的人类准晶体，它表明可能存在其他形成准晶体的自然途径。 例如，雷击形成的熔沙电熔岩以及来自流星撞击地点的材料，都可能是野外准晶体的来源。
研究人员表示，这项研究还可以帮助我们更好地了解非法核试验，最终目的是遏制核军备扩散。 研究其他核试验场锻造的矿物可以发现更多准晶体，其热力学特性可以成为核法证学的工具。
“了解其他国家的核武器需要我们清楚地了解他们的核试验计划，”华莱士说。
“我们通常分析放射性碎片和气体，以了解武器是如何制造的或它们含有什么材料，但这些特征会衰减。在核爆炸现场形成的准晶体有可能告诉我们新类型的信息 - 而且它们”将永远存在。”
该研究发表于美国国家科学院院刊。
