Los cuasicristales formados de forma natural, sólidos cristalinos con simetrías supuestamente imposibles, se encuentran entre las estructuras más raras de la Tierra. Solo se han encontrado dos.
Un equipo dirigido por Paul Asimow MS '93, PhD '97, profesor de geología y geoquímica en Caltech, puede haber descubierto una de las razones de esa escasez, demostrando en experimentos de laboratorio que los cuasicristales podrían surgir de colisiones entre cuerpos rocososen el cinturón de asteroides con composiciones químicas inusuales.
Se publicó un documento sobre sus hallazgos el 13 de junio en la edición en línea anticipada de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
A nivel atómico, los cristales son ordenados y periódicos, lo que significa que tienen una estructura geométrica definida, con esa estructura repitiéndose una y otra vez. Para hacer crecer una estructura repetitiva sin que la organización original se rompa, el cristal solo puede exhibiruno de los cuatro tipos de simetría rotacional: dos veces, tres veces, cuatro veces o seis veces.
El número se refiere a cuántas veces un objeto se verá exactamente igual dentro de una rotación completa de 360 grados alrededor de un eje. Por ejemplo, un objeto con simetría doble aparece igual dos veces, o cada 180 grados; un objeto conla simetría triple aparece igual tres veces, o cada 120 grados; y un objeto con simetría cuádruple aparece igual cuatro veces, o cada 90 grados.
Antes de 1984, se creía que sería imposible que un cristal crezca con cualquier otro tipo de simetría; no se descubrieron ejemplos de cristales con otras simetrías en la naturaleza ni se cultivaron en un laboratorio. En ese año, sin embargo,El físico de Princeton Paul Steinhardt BS '74 teorizó un conjunto de condiciones bajo las cuales podrían existir otros tipos de simetría y Dan Shechtman, del Instituto de Tecnología de Israel, publicó un artículo anunciando la creación de una estructura de cristal con una rotación de cinco veces.simetría.
Estas estructuras se ordenaron lo suficiente como para producir patrones de difracción reconocibles cuando se dispararon con haces de electrones y rayos X de alta energía, a diferencia de las estructuras desordenadas, que no producen patrones. Sin embargo, las estructuras de cristal no eran periódicas, es decir, su organización cambió y cambió a medida que crecían. Los materiales se denominaron "cristales cuasiperiódicos" o "cuasicristales" para abreviar.
En las próximas décadas, los investigadores descubrieron cómo fabricar más de 100 variedades diferentes de cuasicristales fundiendo y homogeneizando ciertos elementos y luego enfriándolos a tasas muy específicas en el laboratorio. Sin embargo, aún no se conocían cuasicristales existentes de forma natural.De hecho, los investigadores sospecharon que su formación sería imposible, porque la mayoría de los cuasicristales cultivados en laboratorio eran metaestables, lo que significa que la misma combinación de elementos podría organizarse en una estructura cristalina utilizando menos energía.
Todo cambió a fines de la década de 2000, cuando Steinhardt y su colega Luca Bindi del Museo de Historia Natural de la Universidad de Florencia actualmente en la Facultad del Departamento de Ciencias de la Tierra de la misma Universidad encontraron un pequeño grano de aluminio,cobre y mineral de hierro que exhibía una simetría de cinco veces. El grano provenía de una pequeña muestra del meteorito Khatyrka, un objeto extraterrestre conocido solo por unas pocas piezas encontradas en las montañas Koryak de Rusia. Steinhardt y sus colaboradores encontraron un segundo cuasicristal natural delmismo meteorito en 2015, confirmando que la existencia natural de cuasicristales era posible, solo que muy rara.
Un análisis microscópico del meteorito indicó que había sufrido un choque importante en algún momento de su vida útil antes de estrellarse contra la Tierra, probablemente debido a una colisión con otro cuerpo rocoso en el espacio. Tales colisiones son comunes en el cinturón de asteroides y su liberaciónaltas cantidades de energía
Asimow y sus colegas plantearon la hipótesis de que la energía liberada por el choque podría haber causado la formación del cuasicristal al desencadenar un ciclo rápido de compresión, calentamiento, descompresión y enfriamiento.
Para probar la hipótesis, Asimow simuló la colisión entre dos asteroides en su laboratorio. Tomó finas rodajas de minerales que se encuentran en el meteorito Khatyrka y las colocó en una caja de muestra que se parece a un disco de hockey de acero. Luego atornilló el "disco""a la boca de un cañón de propulsor de una etapa de cuatro metros de largo y 20 mm de diámetro, y lo disparó con un proyectil a casi un kilómetro por segundo, aproximadamente igual a la velocidad de las balas disparadas con rifle más rápido.
Es importante tener en cuenta que esos minerales incluían una muestra de una aleación metálica de cobre y aluminio, que solo se ha encontrado en la naturaleza en el meteorito Khatyrka.
Después de que la muestra se sacudió con la pistola propulsora, se cortó, se pulió y se examinó. El impacto aplastó los elementos intercalados y, en varios puntos, creó cuasicristales microscópicos.
Armado con esta evidencia experimental, Asimow dice que confía en que los choques son la fuente de cuasicristales formados de forma natural. "Sabemos que el meteorito Khatyrka se sorprendió. Y ahora sabemos que cuando chocas los materiales de partida que estaban disponibles en ese meteorito, obtienes un cuasicristal "
Sarah Stewart PhD '02, experta en colisiones planetarias de la Universidad de California, Davis, y revisora del artículo de PNAS, admite que se sorprendió por los hallazgos ". Si me hubiera llamado antes del estudio y preguntadosi esto funcionara, habría dicho 'de ninguna manera'. Lo sorprendente es que lo hicieron tan fácilmente ", dice." La naturaleza está loca ".
Asimow reconoce que los experimentos dejan muchas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, no está claro en qué punto se formó el cuasicristal durante el ciclo de presión y temperatura del choque. Un misterio más grande, dice Asimow, es el origen de la aleación de cobre-aluminio en elmeteorito, que nunca se ha visto en otra parte de la naturaleza.
A continuación, Asimow planea sorprender a varias combinaciones de minerales para ver qué ingredientes clave son necesarios para la formación de cuasicristales naturales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :