核爆弾をその破壊力という観点から考えるのは理にかなっている。原子核を分裂させることは、爆発範囲内にあるあらゆるものの消滅を意味する。しかし、地質学者と物理学者のチームが最近解明したように、核爆弾は創造も意味する。具体的には、通常の結晶構造をこれまで想像もできなかった形状へと変化させることである。
1945年7月16日、ニューメキシコ州の砂漠に恐ろしく明るいキノコが生えた。それは、史上初の原子爆弾の爆発、トリニティ実験だった。爆発により、原子爆弾を吊り上げた高さ90フィートの塔が蒸発し、周囲の砂地は緑色のガラス質のトリニタイトの野原と化した。この物質が誕生した出来事にちなんで、トリニタイトと名付けられた。トリニタイトのほとんどは緑色だが、一部は赤色である。これは、実験場の銅線を構成していた原子が爆発で砂と混ざり合ったためである。核爆発の強烈な圧力と熱で形成された赤いトリニタイトは、非常にカビの生えたステーキのように見える。最近の研究を行ったチームは、電子顕微鏡でトリニタイトの破片を観察し、そこに何か異常な構造が見えるかどうかを調べた。
彼らの研究は今週、米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載されました。この研究は、空間的に構造がどのように配置されているかを示す「準結晶」について説明しています。結晶は周期構造を持ち、微視的な構成要素が一定の速度で規則的に繰り返されます。しかし、準結晶の構成要素は規則的に繰り返されず、その結果、通常の結晶では不可能な非対称で反復のない構造をとります。そのような構造の一つが、サッカーボールを思わせる20面体のイコサヘドロンです。結晶はミクロスケールではイコサヘドロンとして現れず、数世紀にわたり、すべての物質はガラス質か結晶質のいずれかであるという理論家たちのコンセンサスがありました。しかし、準結晶はこうした規則を破ります。イコサヘドロンが現れると、科学者は何か違うものを扱っていると認識します。
「周期的状態から準周期的状態に移行した瞬間、対称性は完全に無意味になります」と、プリンストン大学の理論物理学者で論文の共著者であるポール・スタインハート氏はビデオ通話で述べた。「200年ルールはすべて無視されます。あらゆる対称性が許容されます。固体における最も有名な禁制対称性、すなわち正20面体の対称性も例外ではありません。準結晶によって、突如として無限の可能性が開かれるのです。」
チームが調査したトリニタイトは直径わずか1センチメートルで、準結晶はわずか10ミクロンだった。顕微鏡で結晶を見るために、筆頭著者でフィレンツェ大学の地質学者ルカ・ビンディ氏は針の先でそれを選び出さなければならなかった。単離したら、チームはサンプルにさまざまな軸に沿ってX線を照射し、それが準結晶かどうかを調べた。トリニタイトのごく小さな断片が五回対称性を持っているかどうかが、それが決定的な兆候となる。結晶にはこのパターンはない。準結晶は現在、研究室で作ることができるが、科学者はまだ正確なレシピを知らず、他のものを調理しているときに偶然生じるものだ。準結晶は自然界にも発生するが、非常にまれである。チームは以前、ロシア北部で発見された古代の隕石に潜む準結晶を発見した。準結晶には金属元素が含まれていることが多いが、必ずしもそうではない。そのため、ニューメキシコ州のトリニタイトに金属片が含まれていると聞いて、研究チームは注目したのです。
「準結晶（隕石、衝撃波実験、そして今では核爆発）を形成するには、一時的な極度の高圧・高温条件が必要だと考えています」とビンディ氏はメールで述べた。「今回の発見以前は、準結晶は特殊な元素の組み合わせ（通常はアルミニウムが主成分）でのみ形成されると答えていたでしょう。しかし今では、準結晶は予期せぬ元素の組み合わせも形成できることが分かっています。」
研究者たちは、初期の太陽系における衝突から核戦争という破壊的な科学に至るまで、最も過酷な環境で形成された準結晶が、極度の物理的激動を経験した他の場所に潜んでいることを期待し、期待しています。これらの謎めいた微細構造の探索は続けられており、結晶だけが唯一の選択肢ではないことを改めて示しています。
続き：宇宙で形成されたと思われる、謎の超希少結晶
訂正：この記事の以前のバージョンでは、トリニティ爆弾がタワーから「投下された」と記載されていましたが、実際にはタワーの頂上で爆発しました。ご指摘いただいたコメントに感謝します。
