No siempre llegamos a señalar el momento exacto en el que el mundo cambia.
Pero cuando el amanecer de Nuevo México se abrió a las 5:29 am del 16 de julio de 1945, fue, sin duda, un momento crucial en la historia de la humanidad.
Esa fue la prueba Trinity del ejército de los Estados Unidos: la detonación de un dispositivo de implosión de plutonio conocido como Gadget, la primera prueba de una bomba nuclear en el mundo. Y más de 80 años después, los científicos todavía están descubriendo los cambios que provocó.
Ahora, en un mineral forjado con la furia de la primera explosión nuclear deliberada del mundo, los científicos han encontrado un cristal que, en circunstancias más normales, no podría existir en la Tierra.
“Las condiciones extremas y transitorias producidas por las detonaciones nucleares pueden generar fases de estado sólido inaccesibles a la síntesis convencional”, escribe un equipo dirigido por el geólogo Luca Bindi de la Universidad de Florencia en Italia.
“Informamos sobre el descubrimiento de un clatrato tipo I de silicato de calcio y cobre previamente desconocido, formado durante la prueba nuclear Trinity de 1945; el primer clatrato confirmado cristalográficamente identificado entre los productos de una explosión nuclear”.
La explosión en sí fue tan dramática como podría esperarse en un momento tan devastador.
La liberación de energía fue equivalente a 21 kilotones de TNT. Vaporizó la torre de pruebas de 30 metros (98 pies) y la infraestructura de cobre circundante, incluidos los cables y los instrumentos utilizados para registrar la explosión.
La bola de fuego resultante fusionó la torre y el cobre con el asfalto y la arena del desierto que fueron arrastrados hacia la nube en forma de hongo, convirtiendo la mezcla en un material vítreo, nunca antes visto, más tarde llamado trinitita.
Es dentro de este material donde los científicos han encontrado algunas estructuras extrañas. En 2021, Bindi y sus colegas identificaron un cuasicristal inesperado en la rara forma roja de trinitita que contiene metal de la torre, cables e instrumentos de grabación… y ahora esta variante del material ha brindado otra sorpresa.
Justo al lado del cuasicristal, los investigadores encontraron un clatrato, una estructura cristalina que consta de átomos dispuestos en una red en forma de jaula que puede atrapar a otros átomos en su interior.
Cristal es un término utilizado para describir la disposición de los átomos dentro de ciertos materiales, y la mayoría de los cristales se forman en condiciones estables. Los clatratos inorgánicos son especiales porque requieren condiciones muy específicas para formarse y rara vez se encuentran en la naturaleza.
Algunas de estas condiciones se cumplieron brevemente durante la explosión del Trinity: shock extremo, temperatura superior a 1.500 grados Celsius (alrededor de 2.730 grados Fahrenheit) y presiones de 5 a 8 gigapascales, que luego disminuyeron rápidamente.
Este rápido cambio, seguido de un rápido enfriamiento, permitió que los átomos de la trinitita se ensamblaran en configuraciones inusuales y luego quedaran bloqueados en su lugar, creando estructuras que de otro modo no podrían formarse.
Este material es básicamente un momento congelado en el tiempo, preservando una instantánea mineralógica de las breves condiciones de temperatura y presión generadas durante la detonación: un tesoro escondido para los científicos.
Las investigaciones sobre la trinitita roja ya han revelado una serie de fases inusuales, y el clatrato surgió durante uno de esos análisis.
Utilizando difracción de rayos X, los investigadores examinaron una muestra de trinitita roja e identificaron una gota rica en cobre incrustada en ella.
Investigaciones posteriores revelaron una configuración atómica inusual: un clatrato cúbico de tipo 1, en el que “jaulas” de átomos de silicio contienen átomos individuales de calcio, con trazas de cobre y hierro presentes.
Representa el primer clatrato jamás encontrado en los productos de una explosión nuclear.
Sin embargo, aquí es donde se vuelve extraño. Dado que las mismas condiciones que forman los clatratos también promueven la formación de cuasicristales, y el clatrato y el cuasicristal tenían composiciones similares, Bindi y sus colegas pensaron que las dos estructuras podrían estar relacionadas.
Realizaron modelos matemáticos para determinar si el cuasicristal podría haber surgido del clatrato, pero los resultados sugirieron fuertemente que, si bien esta vía es posible en general, en este caso particular, la concentración de cobre era demasiado alta.
Esto significa que dos fases cristalinas muy diferentes, formadas a partir de los mismos materiales en las mismas condiciones extremas, surgieron de forma independiente dentro de la misma muestra.
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“Estos hallazgos descartan una interpretación estructural simple basada en clatrato para el cuasicristal Trinity y enfatizan la naturaleza distinta de las fases ricas en silicio generadas en condiciones extremas”, escriben los investigadores.
Investigaciones como esta pueden ayudar a los científicos a comprender mejor los efectos de las pruebas nucleares e incluso ofrecer nuevas herramientas forenses para investigar los sitios donde se han producido tales explosiones.
En términos más generales, señalan los investigadores, “este trabajo subraya cómo los eventos raros y de alta energía, como detonaciones nucleares, rayos e impactos a hipervelocidad, sirven como laboratorios naturales para producir materia cristalina inesperada y para probar y restringir de manera crítica modelos estructurales más allá del alcance de la síntesis convencional”.
Los hallazgos se publicaron en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.