Em 1945, o mundo testemunhou a primeira explosão de uma bomba nuclear no local conhecido como Trinity, no deserto do Novo México. Este evento não apenas marcou o início da era nuclear, mas também transformou a areia do deserto em um laboratório único para a ciência do impossível.
Décadas depois, os detritos radioativos continuam a revelar materiais que desafiam a compreensão da química convencional. Recentemente, pesquisadores descobriram um clatrato de cálcio-cobre-silício, um cristal cúbico semelhante a uma gaiola, nos restos da explosão nuclear de Trinity.
O estudo, conduzido por pesquisadores da Universidade de Florença, descreve este clatrato como o primeiro confirmado, a ser produzido por uma detonação nuclear. Este cristal não pode ser criado em um laboratório padrão, o que o torna uma peça única no quebra-cabeça da ciência dos materiais.
Clatratos são maravilhas arquitetônicas do mundo microscópico, consistindo em gaiolas atômicas que aprisionam átomos convidados em seu interior. No caso deste novo material, ele é um clatrato do tipo I composto de cálcio, cobre e silício, com uma estrutura que inclui dodecaedros de 12 faces.
Para que este cristal se formasse, a natureza precisou das condições específicas e violentas do dia 16 de julho de 1945. Foram milhões de graus de calor, pressão atmosférica esmagadora e um processo de resfriamento tão rápido que congelou os átomos no ar antes que pudessem retornar a um estado normal.
Essas condições permitiram a formação de fases fora do equilíbrio, materiais que simplesmente não podem ser criados usando a síntese laboratorial convencional. A equipe utilizou mapeamento atômico combinado com previsões de estabilidade baseadas em física para entender os detritos da explosão.
Segundo o estudo, ao combinar a caracterização cristalográfica com cálculos de primeiros princípios, este trabalho informa a ciência dos materiais, a física da matéria condensada e a forense nuclear, ilustrando como ambientes extremos podem moldar a matéria cristalina fora do equilíbrio. Além do clatrato, foi encontrado um quasicristal icosaédrico, outra estrutura proibida identificada anteriormente no material de Trinity.
Esses cristais capturam um instante da física que os humanos quase nunca presenciam diretamente. De acordo com o pesquisador principal, Luca Bindi, essas estruturas microscópicas nos ajudam a entender como a matéria se comporta durante outros eventos cósmicos de alta energia, como raios, impactos de meteoritos e até colapsos planetários.
Por formar-se apenas em intervalos muito estreitos de alta energia, o clatrato serve como “instantâneos” da física e da química operando em seus limites absolutos. Eventualmente, os novos achados podem preencher a lacuna entre explosões humanas e fenômenos cósmicos, oferecendo novos insights vitais tanto para a mineralogia quanto para a física da matéria condensada.
Na ciência dos materiais, pode revelar novas disposições atômicas para design sintético futuro, enquanto na física da matéria condensada, explora como a matéria funciona sob condições extremas e instáveis. Além disso, o trabalho auxilia a forense nuclear ao estabelecer uma impressão digital mineral para reconstruir as temperaturas e pressões específicas de eventos nucleares passados ou não identificados.
O estudo foi publicado na revista PNAS em 11 de maio de 2023. Mais detalhes podem ser conferidos na matéria completa neste link.
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