La primera prueba de implosión con plutonio en EE.UU., que fue la primera bomba nuclear que se detonó, evaporó por completo una torre de 30 metros que sostenía la bomba, junto con sus cables de cobre y los cables coaxiales.
Casi al instante la bola de fuego de 21 kilotones se alzó al cielo de Nueva México cuando Robert Oppenheimer dio inicio a la prueba Trinity el 16 de julio de 1945. La explosión expuso a los metales aerosolizados de la torre y al polvo del desierto que había debajo, a temperaturas superiores a los 1.500 °C. La presión sobre esos elementos, de medio millón de kg por pulgada cuadrada, fue similar a la de las presiones que soportan las rocas a cientos de kilómetros de profundidad allí donde la corteza terrestre ejerce presión sobre su manto.
Por eso no sorprende que más de 80 años después, en lo que fue el sitio de ensayos de bombas Alamogordo del Proyecto Manhattan, los físicos, geólogos e investigadores sigan encontrando reconfiguraciones sorprendentes de la composición química básica del desierto del sudoeste.
Ahora unos físicos de Europa y de Estados Unidos revelan lo que describen como “fase cristalina desconocida” de un tipo de compuesto llamado clatrato compuesto por silicio, calcio, hierro y parte de ese cobre que se evaporó con la histórica explosión de la prueba Trinity. Como sucede con otros clatratos este cristal del sitio Trinity forma un entrelazado geométrico capaz de almacenar otras moléculas o átomos más pequeños, como si fuera una jaula a nanoescala.
El autor principal del trabajo, el geólogo italiano Luca Bindi, junto a sus colegas, afirma que “el descubrimiento representa la primera identificación confirmada por cristalografía de una estructura de clatrato entre los productos en estado sólido de una explosión nuclear”. Es un descubrimiento que podría profundizar lo que se conoce de estos valiosos compuestos cristalinos, según los investigadores.
La química del cristal
Los científicos de los materiales valoran a los clatratos por su utilidad en diversas aplicaciones de alta tecnología. Son cristales que pueden actuar como almacenamiento de iones de litio en las baterías de iones de litio, tanto al comienzo como al final de los ciclos de carga y descarga. En términos de las industrias los clatratos han servido para que los ingenieros diseñen compuestos de silicio muy específicos que se implantan o dosifican con elementos cuyas propiedades eléctricas, magnéticas o catalíticas pueden mejorar el rendimiento de las celdas solares, las computadoras cuánticas y muchos otros dispositivos innovadores.
En sentido más general, indican Bindi y sus coautores, “este trabajo apunta a que los eventos de alta energía como las detonaciones nucleares, el impacto de los rayos o la hipervelocidad, son como laboratorios naturales que producen materia cristalina que no se esperaba”.
El cristal de clatrato que se acaba de descubrir también ayudará a poder estudiar y predecir cómo se forman estas complejas geometrías moleculares ya que se trata de un caso nuclear “que supera el alcance de la síntesis convencional”, como indica el estudio.
El cristal
Los investigadores hallaron este clatrato desconocido dentro de trinitita roja, un inusual fragmento de arena vidriada que produjo la bomba Trinity.
“Aunque la mayor parte de la trinitita tiene un característico color verde pálido”, indican los investigadores, “la variedad menos común de color rojo está enriquecida con metales que derivan de la torre, cables e instrumentos que se vaporizaron”.
Bindi, jefe de mineralogía y cristalografía de la Universidad de Florencia, Italia, trabajó con físicos de Princeton, Carnegie Mellon y la Academia Eslovaca de Ciencias para someter este material clatrato a un análisis de difracción de rayos X para trazar el mapa de su geometría 3D. Luego hicieron experimentos con la estructura geométrica multifacética, sus celdas de silicio de 12 caras y 14 caras, para determinar si podía tener relación con otro cuasicristal que se había encontrado en el sitio de la prueba Trinity en 2021.
A pesar de que no pudieron determinar si había relación entre los dos inusuales compuestos forjados por la explosión nuclear, sí notaron que muchos compuestos inusuales todavía no descubiertos siguen estando en la trinita roja del sitio, esperando que se los compare y contraste.
“La investigación sistemática de las gotas de metal en la trinita roja reveló una cantidad de fases inusuales que reflejan los entornos químicos producidos durante la explosión”, señalaron en el trabajo Bindi y sus coautores.
