O primeiro teste de implosão de plutônio da América – sua primeira bomba nuclear detonada – deixou a torre de 30 metros (100 pés) que a mantinha no alto, incluindo todos os seus fios de cobre, revestimento de cobre e cabos coaxiais, completamente vaporizado.
Quase instantaneamente, a bola de fogo de 21 quilotons irrompeu no céu do Novo México quando Robert Oppenheimer iniciou o teste Trinity em 16 de julho de 1945. A explosão expôs os metais aerossolizados da torre e a poeira do deserto de arenito abaixo deles a temperaturas superiores a 1.500 graus Celsius (2.732 graus Fahrenheit). A pressão sobre estes elementos, cerca de um milhão de libras por polegada quadrada, rivalizava com as pressões exercidas sobre as rochas a centenas de quilómetros de profundidade, onde a crosta terrestre pressiona o seu manto.
Não é de admirar, portanto, que físicos, geólogos e outros investigadores ainda estejam a descobrir reconfigurações radicais da composição química básica do deserto do sudoeste, mais de 80 anos depois, no que outrora foi o campo de bombardeamento de Alamogordo, do Projecto Manhattan.
Agora, físicos na Europa e nos Estados Unidos descobriram o que descrever como uma “fase cristalina até então desconhecida” de um tipo de composto, chamado clatrato, composto de silício, cálcio, ferro e parte do cobre evaporado pela explosão histórica do Trinity. Como outros clatratos, este cristal do sítio Trinity forma uma rede geométrica complexa capaz de armazenar outras moléculas ou átomos menores como uma gaiola em nanoescala.
A descoberta, como escreveram o principal autor do novo estudo, o geólogo italiano Luca Bindi, e seus colegas, “representa a primeira identificação cristalograficamente confirmada de uma estrutura de clatrato entre os produtos de estado sólido de uma explosão nuclear”. A descoberta poderá aprofundar a nossa compreensão destes valiosos compostos cristalinos, disseram os investigadores.
Química cristalina
Os cientistas de materiais valorizam os clatratos pela sua utilidade em inúmeras aplicações de alta tecnologia. Esses cristais podem, por exemplo, funcionar como pequenos estacionamentos armazenar os íons de lítio nas baterias de íons de lítio, tanto no início quanto no final dos ciclos de carga e descarga. E, em todos os setores, os clatratos ajudaram os engenheiros a adaptar compostos de silício altamente personalizados, implantados ou “dopado”com elementos cujas propriedades elétricas, magnéticas ou catalíticas específicas podem melhorar solar células, quântico computadores e inúmeras outro inovador dispositivos.
“De forma mais ampla”, como Bindi e seus coautores colocar Em seu novo estudo, “este trabalho ressalta como eventos raros e de alta energia – como detonações nucleares, quedas de raios e impactos de hipervelocidade – servem como laboratórios naturais para a produção de matéria cristalina inesperada”.
O recém-descoberto cristal de clatrato também ajudará os cientistas a modelar e prever melhor como essas geometrias moleculares complexas se formam, servindo como um caso extremo verdadeiramente nuclear, “além do alcance da síntese convencional”, escreveram eles no estudo.
Chaves de cristal
Os pesquisadores encontraram esse clatrato até então desconhecido dentro da trinitita vermelha, um raro fragmento de areia vitrificada produzido pela bomba Trinity.
“Embora a maioria da trinitita exiba uma cor verde pálida característica”, observam os pesquisadores, “uma variedade menos comum – a trinitita vermelha – é enriquecida em metais derivados da torre vaporizada, cabos coaxiais e instrumentos de gravação”.
Bindi, catedrático de mineralogia e cristalografia da Universidade de Florença, na Itália, trabalhou com físicos de Princeton, Carnegie Mellon e da Academia Eslovaca de Ciências para submeter este material de clatrato a uma análise altamente detalhada de difração de raios X de cristal único para mapear sua geometria 3D. Eles então experimentaram a estrutura geométrica literalmente multifacetada dos clatratos – suas gaiolas de silício dodecaédrica (12 faces) e tetracaidecaédrica (14 faces) – para determinar se ela poderia estar relacionada a outro quasicristal incomum que eles encontrado no site Trinity em 2021.
Embora os investigadores não tenham conseguido determinar uma relação entre estes dois compostos invulgares forjados pela explosão nuclear, notaram que existem muitos compostos invulgares e ainda não descobertos dentro da trinitite vermelha do local, à espera de serem comparados e contrastados.
“A investigação sistemática de gotículas metálicas na trinitita vermelha revelou uma série de fases incomuns”, observaram Bindi e seus coautores no estudo, “refletindo os ambientes químicos únicos produzidos durante a explosão”.
