6 августа 1945 года мир изменился навсегда. США сбросили атомную бомбу на Хиросиму, а температура возникшего огненного шара за считанные секунды превысила 7000 °C. Испарялись человеческие ткани, металл и другие материалы. Но когда все это начало остывать, среди остатков взрыва возникло нечто, чего ученые прежде не встречали.
Группа исследователей под руководством геолога Луки Бинди из Флорентийского университета обнаружила в частице, найденной в песках Хиросимского залива, микроскопическое зерно необычного металлического сплава. По мнению ученых, оно сформировалось непосредственно в экстремальных условиях атомного взрыва.
Ядерный огненный шар одновременно подвергает множество материалов чудовищному нагреву, перемешиванию и почти мгновенному охлаждению. По словам Бинди, это фактически огромное количество неконтролируемых экспериментов с материалами, происходящих всего за несколько секунд. В лаборатории на изучение подобных сочетаний могли бы уйти годы.
Взрыв бомбы «Малыш» мощностью 15 килотонн оставил после себя не только хорошо известные следы катастрофы. Среди менее заметных последствий оказались так называемые хиросимаиты — микроскопические стекловидные частицы, возникшие из испарившегося и расплавленного вещества, которое перемешалось в огненном шаре, а затем быстро остыло.
В этих частицах сохранилась своеобразная физическая запись происходившего внутри взрыва. Металлы, стекло, почва и строительные материалы испарялись и смешивались при огромной температуре, образуя химические сочетания, практически невозможные в обычных условиях.
Особенно важна скорость последующего охлаждения. Атомы могут оказаться словно «замороженными» в необычном расположении, не успев перестроиться в более простую и устойчивую структуру.
Бинди и его коллеги изучили 34 образца хиросимаитов, пытаясь найти необычные металлические образования. Один из них оказался особенно интересным. Внутри стекловидной массы находилось множество крошечных фрагментов сплава железа и хрома.
Большинство выглядели именно так, как ожидали исследователи. Но одно зерно резко отличалось от остальных: в нем оказалось значительно больше кремния.
Размер частицы составлял всего около 10 микрометров. Анализ показал, что основу сплава составляет железо, а кроме него присутствуют хром, кремний, никель, молибден, марганец и алюминий. Однако необычным оказался не только химический состав.
Ученые выбрали это зерно и еще три частицы похожего размера для более детального исследования. Их вручную извлекли из образца тончайшими иглами, после чего с помощью рентгеновской дифракции определили расположение атомов.
Три обычных зерна имели простую кристаллическую структуру, характерную для стали.
Четвертое — нет.
Именно это стало решающим открытием. Сочетание химического состава и кристаллической структуры найденного сплава не соответствует ни известным промышленным сплавам, ни материалам, ранее обнаруженным после ядерных взрывов.
Химического состава самого по себе недостаточно, чтобы определить свойства сплава. Огромное значение имеет то, как расположены его атомы. Даже материалы с похожим набором элементов могут сильно отличаться, если их кристаллическое строение различно.
В необычном зерне атомы образовали значительно более сложную и строго упорядоченную кубическую структуру, связанную со структурой бета-марганца.
Исследователи предполагают, что сплав возник внутри ядерного огненного шара: сначала металл испарился, затем снова сконденсировался и чрезвычайно быстро остыл. В обычных условиях при более медленном охлаждении он, вероятно, успел бы перейти в более простое состояние. Но здесь сложная структура оказалась зафиксирована прежде, чем это произошло.
И, возможно, подобные находки не единичны. Ранее другая группа под руководством Бинди обнаружила неизвестную прежде кристаллическую структуру в остатках испытания первой атомной бомбы «Тринити», проведенного в июле 1945 года.
По мнению исследователя, это указывает на то, что исторические остатки ядерных взрывов могут содержать целую группу редких неустойчивых материалов. Многие из них скрыты в частицах размером всего несколько микрометров, поэтому их чрезвычайно легко пропустить.
Получается, что оставшийся после ядерных взрывов материал может представлять собой своеобразную микроскопическую библиотеку неизвестных веществ, возникших в условиях настолько экстремальных и кратковременных, что намеренно воспроизвести их в лаборатории было бы крайне сложно.
Однако авторы исследования подчеркивают, что научную ценность таких находок невозможно отделить от обстоятельств их появления. Неизвестный прежде материал возник внутри остатков одной из величайших человеческих трагедий.
По словам Бинди, с научной точки зрения этот сплав необычайно интересен, но изучать его необходимо с пониманием того, что полученные знания происходят из следов огромных человеческих страданий.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
