Rätselhafte Siliziumstrukturen in Rückständen des ersten Atomtests entdeckt

Rätselhafte Siliziumstrukturen in Rückständen des ersten Atomtests entdeckt

In Trinitit, einem glasartigen Mineral, das nach der ersten Atomexplosion der Geschichte entstand, haben Forschende eine bislang unbekannte Form von Siliziumclathraten nachgewiesen. Durchgeführt wurde die Studie von einer internationalen Gruppe von Physikern aus den USA und Europa.

Trinitit vom Test „Trinity“

Trinitit bildete sich nach dem Test „Trinity“ im Jahr 1945: Die extremen Temperaturen und Drücke schmolzen den Boden rund um das Epizentrum der ersten Atombombe förmlich auf. In diesen Proben entdeckte das Forschungsteam ungewöhnliche kristalline Strukturen mit Hohlräumen, die Atome von Kalzium, Kupfer und Eisen einschließen.

Dabei handelt es sich um eine zuvor unbekannte Variante von Siliziumclathraten, einer seltenen und äußerst exotischen Materieform. Solche Strukturen entstehen ausschließlich unter extremen Bedingungen und lassen sich deshalb unter normalen Laborbedingungen nahezu nicht reproduzieren.

Die Untersuchung stand unter Leitung von Professor Paul Steinhardt von der Princeton University. Seine Forschungsgruppe analysiert seit mehreren Jahren Materialien, die vom ersten Atomtest zurückblieben. Bereits zuvor hatte dasselbe Team in Trinitit unbekannte Quasikristalle gefunden – ungewöhnliche Materiestrukturen, die vermutlich entstanden, nachdem Kupferkabel verdampft waren. Diese Kabel hatten sich etwa 50 bis 60 Meter vom Epizentrum entfernt befunden.

Unklare Entstehung der Siliziumclathrate

Der neue Fund macht die Rekonstruktion der damaligen Vorgänge noch komplizierter. Die Forschenden vermuten, dass die nachgewiesenen Clathrate durch eine teilweise Zerstörung bereits zuvor gebildeter exotischer Strukturen entstanden sein könnten. Berechnungen mit Methoden der Quantenchemie zeigten jedoch, dass dieser Mechanismus nicht sämtliche Besonderheiten der Zusammensetzung erklärt.

Nach Einschätzung der Forschenden könnte dies darauf hindeuten, dass beim ersten Atomtest wesentlich komplexere Prozesse der Materiebildung abliefen als bislang angenommen. Nun muss geklärt werden, auf welche Weise die extremen Bedingungen derart ungewöhnliche Strukturen hervorbrachten.

Der Test „Trinity“, die erste Atomexplosion der Geschichte, fand am 16. Juli 1945 in der Wüste des US-Bundesstaats New Mexico auf dem Militärgelände „White Sands“ statt. Die Detonation ereignete sich nahe der Stadt Alamogordo, weshalb der Test lange Zeit inoffiziell als „Explosion bei Alamogordo“ bezeichnet wurde. Dort erprobten die USA erstmals eine im Rahmen des Manhattan-Projekts entwickelte Atombombe.