24 Dicembre 2023
8:00

Il “minerale impossibile” creato dalla prima bomba atomica: il quasicristallo trinitite

Il Test Trinity della prima bomba atomica ha dato vita a un minerale che fino a poco tempo prima si pensava non potesse esistere: la trinitite. Ma come si è formato questo quasicristallo?

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Il “minerale impossibile” creato dalla prima bomba atomica: il quasicristallo trinitite
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La detonazione in New Mexico della prima bomba atomica durante il Test Trinity fu uno degli eventi chiave della Seconda Guerra mondiale. Quello che nessuno del Progetto Manhattan si sarebbe mai aspettato, però, è che questa esplosione avrebbe dato vita a un minerale che fino a quel momento nessuno pensava potesse esistere: il quasicristallo.
In breve, i quasicristalli sono minerali a metà strada tra i cristalli (struttura degli atomi totalmente ordinata) e il vetro (struttura totalmente disordinata). Questi si formano solo con eventi estremamente rapidi e violenti, come l'esplosione di una bomba atomica.
Uno studio del 2021 chiamato "Accidental synthesis of a previously unknown quasicrystal in the first atomic bomb test" e portato avanti – tra gli altri – dal professor Luca Bindi dell'Università di Firenze, si è occupato proprio dello studio di questo minerale che, dagli autori, è stato rinominato trinitite.

Cos'è un quasicristallo

Come anticipato, la caratteristica che differenzia un quasicristallo da un normale minerale è la presenza di una struttura interna definita che non si ripete. Nel caso dei cristalli "tradizionali", infatti, gli atomi sono disposti in un impalcatura tridimensionale che si ripete nelle tre dimensioni, seguendo dei precisi criteri di simmetria. Nei quasicristalli invece il pattern in cui sono ordinati gli atomi non è costante e anche la simmetria individuata non è mai stata osservata nei minerali ai quali siamo abituati.

Per la loro formazione sono necessarie condizioni estreme che molto raramente si possono osservare sulla superficie del nostro pianeta, come pressioni e temperature altissime in pochissimo tempo. La loro esistenza fu ipotizzata per la prima volta nel 1984 e solo qualche tempo dopo furono ottenuti prima in laboratorio e poi osservati all'interno di meteoriti. Come presto scopriranno i ricercatori coinvolti in questo studio, però, anche le armi atomiche possono dar vita a questi particolarissimi minerali.

La trinitite "atomica"

L'esplosione di Gadget – questo il nome della bomba utilizzata per il Test Trinity – ha rilasciato una quantità di energia equivalente a 21 mila tonnellate di TNT. Questo non solo ha vaporizzato i 30 metri di torre in legno che la sorreggeva ma ha causato la fusione dei cavi in rame usati per le trasmissioni con l'asfalto e la sabbia che si trovavano alla base. Proprio durante questo evento si è formato un materiale vetroso di colore verde che, come anticipato, fu ribattezzato trinitite.

campione trinitite
Campione contenente la trinitite (in verde). Credit: Bindi et al, 2021.

I ricercatori però non erano interessati alla trinitite "verde", che già è stata studiata in passato, ma a quella "rossa". Infatti precedenti studi hanno scoperto che i quasicristalli sono in grado di incorporare metalli e, in questo caso, si cercavano quelli contenenti rame – derivante proprio dai fili metallici fusi nell'esplosione. Tramite un'attenta analisi con microscopi elettronici e tecniche a raggi X, è stato indivuato un piccolo quasicristallo composto da silice, rame, calcio e ferro con formula Si61Cu30Ca7Fe2.

quasicristallo microscopio
Trinitite rossa al microscopio (Credit: Bindi et al, 2021.)

Perché è così importante questa scoperta?

Per comprendere al meglio l'importanza di questa scoperta, ecco le parole del ricercatore e co-autore dello studio Terry Wallace:

Questo quasicristallo è magnifico nella sua complessità, ma nessuno ci può dire perché si è formato in questo modo. Un giorno uno scienziato o un ingegnere lo scoprirà […] A quel punto, spero, potremo usare quella conoscienza per comprendere meglio le esplosioni nucleari e, alla fine, avere un'immagine ancora più completa di ciò che rappresenta un test nucleare.

Sono un geologo appassionato di scrittura e, in particolare, mi piace raccontare il funzionamento delle cose e tutte quelle storie assurde (ma vere) che accadono nel mondo ogni giorno. Credo che uno degli elementi chiave per creare un buon contenuto sia mescolare scienza e cultura “pop”: proprio per questo motivo amo guardare film, andare ai concerti e collezionare dischi in vinile.
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