La primera bomba atómica creó 'cuasicristales imposibles'

Un equipo de investigadores encuentra estas raras estructuras entre los restos de la primera detonación nuclear, en 1945

En la imagen, la muestra de mineral de trinitita que contenía el cuasicristal hallado por los científicos Luca Bindi, Paul J. Steinhardt

José Manuel Nieves

21/05/2021
Actualizado a las 09:51h.

La primera detonación de una bomba nuclear, bautizada como 'prueba Trinity' , tuvo lugar hace 76 años en Nuevo México, el 16 de Julio de 1945 y en el marco del Proyecto Manhattan del gobierno y el ejército de los Estados Unidos durante ... la Segunda Guerra Mundial. Se trataba de una bomba de plutonio, y la explosión fue de 22 kilotones, es decir, equivalente a la de 22.000 toneladas de TNT. El Sol quedó eclipsado al instante por el intenso brillo, y aquella primera bomba atómica dejó tras de sí un cráter de 1,5 metros de profundidad y una nube en forma de hongo de 12 km de altura. Al mismo tiempo, las partículas de arena del desierto de los alrededores fueron absorbidas por la bola de fuego de la explosión y quedaron vitrificadas, lloviendo de nuevo sobre la superficie, pero transformadas en un mineral que más tarde fue llamado 'trinitita'.

Y ahora, un equipo de investigadores liderados por el geólogo Luca Bindi, de la universidad italiana de Florencia, y el físico teórico Paul Steinhardt, de la Universidad de Princeton, ha regresado al lugar para buscar 'cuasicristales' , materiales con una estructura interna muy poco común, y los encontró. El hallazgo, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences de los Estados Unidos (PNAS) , podría ser el cuasicristal sintético (hecho por humanos) más antiguo que se conoce hasta ahora.

En su estudio, en efecto, los investigadores informan del hallazgo de un nuevo cuasicristal icosaédrico, Si61Cu30Ca7Fe2, que se encuentra dentro de una muestra de trinitita roja de 1 cm. Los cuasicristales constituyen un auténtico rompecabezas científico. Su estructura atómica está ordenada, pero su patrón no se repite como sucede en los cristales 'normales'. Algo que se consideraba imposible hasta el descubrimiento de Dan Schechtman en 1982 (que más tarde le valió el premio Nobel), quien fue el primero en encontrar un extraño objeto cristalino, con un patrón interno 'prohibido' y al que bautizó como 'cuasicristal'.

Simetrías prohibidas

Al principio, los trabajos de Schechtman fueron descartados, atribuyendo el supuesto hallazgo a un error. Y el descubridor y entonces mayor experto del mundo en estructuras de cristales, Linus Pauling , laureado con un premio Nobel, llegó incluso a decir que «no existen cuasicristales, sino cuasi científicos». Pero Schechtman insistió, y finalmente consiguió publicar un artículo en el que describía los cuasicristales con todo detalle. Poco a poco, la idea fue ganando fuerza y en los años siguientes los científicos de materiales lograron sintetizar muchos tipos de cuasicristal, ampliando el rango de las posibles «simetrías prohibidas». Finalmente, ya en 2011, el trabajo de Schechtman fue reconocido, también, con un Nobel.

Pero Schechtman no fue el único científico que descubrió cuasicristales. En la misma época en que él lo hizo, en efecto, Paul Steinhardt, el autor principal del artículo de PNAS, también los había encontrado de forma independiente en el interior de un meteorito siberiano. Sin embargo, y al ver las duras reacciones que provocó el anuncio de Schechtman, decidió guardar sus resultados y esperar. Tras ver los datos de Schechtman, asegura Steinhardt, «me levanté de mi escritorio, fui a mirar nuestro patrón y no se notaba la diferencia. Así que fue un momento increíble».

Después, y sabiendo ya que los entornos de altas temperaturas y altas presiones (como el impacto de un meteorito) pueden formar cuasicristales, Steinhardt y su equipo decidieron buscarlos entre los restos de la explosión nuclear de la prueba Trinity. Dado que la mayoría de los cuasicristales conocidos son aleaciones metálicas, los científicos decidieron aislar 12 'manchas metálicas' presentes en sus muestras y examinarlas atentamente con rayos X. De este modo, hallaron una gota de metal que contenía una estructura con los extraños ejes de simetría que solo pueden existir en un cuasicristal.

«Durante 10 meses -recuerda Steinhardt- estuvimos cortando y cortando en cubitos, mirando todo tipo de minerales. Finalmente, encontramos un grano diminuto».

Es muy posible, por lo tanto, que la muestra de trinitita hallada por los investigadores entre los restos de la primera detonación nuclear sea el primer cuasicristal sintetizado, aunque sin saberlo, por el hombre. Como se ha dicho, en el año 2010 Bindi y Steinhardt ya habían encontrado el primer cuasicristal de origen natural en Siberia, en el interior de un meteorito llamado Khatyrka que se remonta a los orígenes del Sistema Solar.

Por supuesto, el hallazgo abre las puertas a que en otros lugares en los que se han llevado a cabo pruebas atómicas pueda haber cuasicristales, algo que ayudará a comprender cómo estas raras estructuras pueden formarse en la naturaleza y nos dará una imagen más clara de las complejas fuerzas que entran en juego durante una explosión nuclear. Por el momento, y a pesar de haberlos encontrado, nadie puede aún decir cómo y por qué los cuasicristales pueden llegar a formarse.