In de restanten van de eerste atoombomtest zijn quasikristallen gevonden. Dat is een zeldzame vorm van materiaal met een niet-herhalende atomaire structuur.

Het exotische materiaal is gevormd tijdens de testexplosie van de eerste Amerikaanse atoombom Trinity. Het ontstond doordat het aanwezige zand, het materiaal van de testtoren en koperen transmissielijnen samensmolten tot een glasachtig rood materiaal, later trinitiet genoemd.

Het nieuwe quasikristal is – voor zover bekend – het oudste door mensen gemaakte quasikristal. Al was niemand zich daar destijds van bewust. Het quasikristal hield zich namelijk decennialang verscholen tussen de nucleaire restanten.

‘Er is heel veel mis  met de p-waarde’
LEES OOK

‘Er is heel veel mis met de p-waarde’

De p-waarde is tegenintuïtief en wordt vaak onjuist gebruikt, stelt wiskundige Rianne de Heide. We moeten naar een alternatief.

Complexe mozaïeken

Quasikristallen zijn materialen die de regels van gewone kristallen breken. Materialen met een gewone kristalstructuur zijn bijvoorbeeld suiker, zout en kwarts. Hun atomen zijn gerangschikt in patronen die zichzelf in drie dimensies herhalen. In quasikristallen zijn de atomen in een patroon gerangschikt dat regelmatig en herhalend lijkt, maar dat niet is. Quasikristallen verhouden zich tot kristallen zoals complexe mozaïeken zich verhouden tot keurig strakke tegelvloeren.

Links: herhalend patroon van vierkanten. Rechts: niet-herhalende Penrose-betegeling

Het bestaan van quasikristallen werd in de jaren tachtig aangetoond door de Israëlische materiaalwetenschapper Daniel Shechtman, die hiervoor in 2011 de Nobelprijs voor de scheikunde ontving.

Quasikristallen in de natuur

De eerste quasikristallen werden in het lab gemaakt. In de jaren negentig startte natuurkundige Paul Steinhardt van de Amerikaanse Princeton University de zoektocht naar natuurlijk gevormde quasikristallen. Met de Italiaanse geoloog Luca Bindi ontdekte hij quasikristallen in de Khatyrka-meteoriet. Steinhardt en Bindi zijn ook betrokken bij de ontdekking van het quasikristal in de nucleaire restanten. Ze publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

‘We denken dat natuurlijke quasikristallen ontstaan onder extreme omstandigheden: kortstondige hoge druk en hoge temperaturen’, mailt Bindi. Dat vermoeden ontstond na de vondst van quasikristallen in de Khatyrka-meteoriet. Het tweetal dacht dat die ontstaan zouden kunnen zijn door botsingen tussen planetoïden. Dit vermoeden wordt ondersteund door schokgolf-experimenten, waarbij materialen kortstondig blootgesteld worden aan hoge druk. Hierbij bleek het exotische materiaal inderdaad te ontstaan.

‘Ik dacht: als quasikristallen bij planetoïde-botsingen en schokgolf-experimenten ontstaan, dan is het denkbaar dat ze ook bij nucleaire explosies gevormd worden’, zegt Bindi. ‘Dat leidde ons naar het materiaal dat ontstaan was bij de atoombom-test Trinity.’ De onderzoeker noemt de ontdekking van het exotische materiaal in het trinitiet daarom spannend, maar niet geheel onverwacht.

Het rode trinitietmonster dat het quasikristal bevat. Bron: Luca Bindi en Paul J. Steinhardt.

Koekenpannen en kernbommen

Quasikristallen zijn meer dan exotische materialen met een geinige atomaire structuur. Kunstmatig gemaakte versies vinden steeds meer praktische toepassingen, onder andere als teflon-vervangende antiaanbaklaag in koekenpannen. Dankzij de bijzondere structuur is het materiaal namelijk hard en glad.

Daarnaast kunnen quasikristallen die ontstaan bij nucleaire explosies wellicht helpen om een beter beeld te krijgen van illegale nucleaire tests, stelt Bindi. Nu wordt vaak naar radioactief afval en gassen gekeken om te begrijpen welke atoomwapens met welke materialen ergens ontwikkeld worden. Maar deze radioactieve sporen vervallen in de loop der tijd. Quasikristallen blijven bestaan en kunnen zo lange tijd een stille getuige zijn van illegale nucleaire activiteiten.