第一次核试验现场残骸中发现全新晶体

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科技日报北京5月14日电 （记者张梦然）1945年7月16日，人类历史上首枚原子弹被引爆。这场代号“三位一体”的试验不仅开启了核时代，也在瞬间重塑了物质结构。近日，科学家在对当年爆炸现场留下的特殊玻璃岩，即“三位一体石”进行深入研究时，意外发现了一种此前被认为不可能存在的全新晶体结构，这为极端条件下的物质演化提供了全新视角。相关研究发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上。

包括意大利佛罗伦萨大学参与的科研团队，此次利用先进的微观分析技术，在“三位一体石”中识别出一种全新的“笼状化合物”。这种晶体拥有由硅原子构成的12面体和14面体笼状晶格，其内部结构能够将钙、铜及铁原子牢牢锁住。这种物质并非诞生于缓慢的地质演变，而是在核爆瞬间极端的温度与压力环境下，由熔化的沙粒与汽化的金属导线混合而成。

数据显示，爆炸核心区域的瞬时温度超过1500摄氏度，压力高达数吉帕斯卡，相当于标准大气压的数万倍。在这种足以将石墨挤压成金刚石的极端条件下，物质在几秒钟内经历了汽化、混合与骤冷。原子来不及排列成常规的稳定结构，从而被迫形成了这种罕见的非平衡态物质。

此次发现延续了“三位一体石”的科学价值。早在2021年，同一批研究人员就曾在该遗址发现过准晶体。准晶体具有有序但不重复的特殊原子排列，曾一度被科学界视为不可能存在的物质。此次发现的笼状化合物，与当年的准晶体成分惊人地相似，均包含铁、硅、铜和钙四种元素。科学家推测，两者可能在同一爆炸环境下形成，仅因局部铜元素的丰度差异而导致了截然不同的晶体路径：铜富集区形成准晶体，贫乏区则形成笼状结构。

马萨诸塞大学洛厄尔分校地球科学家G·纳尔逊·埃比对这一发现评价道，这种瞬态极端条件使得许多在常规实验室中无法稳定的亚稳态相得以保存，这是笼状化学领域一个极具启发性的新案例。

研究团队强调，从核爆炸到陨石撞击，这些高能自然事件虽然罕见且破坏力巨大，但它们是产生意想不到的晶体物质的独特温床。这一发现不仅揭示了核爆对环境的深远影响，也为材料科学提供了在常规条件下无法复刻的全新样本，拓展了人类对固态物质形成极限的认知边界。

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