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人類的第壹次核爆 造出了"不可能出現"的物質
人類的第壹次核爆 造出了"不可能出現"的物質人類的第壹次核爆 造出了"不可能出現"的物質
紅色叁位壹體石（圖片來源：原論文）
在18世紀的壹天，法國的牧師和礦物學家勒內-朱斯特·阿維（René Just Haüy）失手打碎了壹位富商的方解石礦物標本。當他彎腰撿起破碎的礦物碎片時，卻意外地注意到，這塊標本破碎的表面全都光滑整齊，而且每壹塊碎片的切面全都呈現出同樣的角度，構成了壹個個小小的菱面體。
阿維能想到最簡單的解釋，就是方解石是由壹些基本的模塊組成的，每壹個小模塊都是菱面體的形狀。而這壹發現，最終促成了晶體學的誕生。今天，我們將阿維猜測的這些“基本模塊”稱為“晶格”。如果你在腦海中，將這些晶格像堆積木壹樣，壹個挨壹個地整齊排列在壹起，就形成了晶體。正是這套微觀框架，決定了礦物在宏觀世界中的許多性質，比如硬度、彈性、導電性等等。
在本科階段學習礦物學與晶體學這門課的時候，我們必做的功課之壹就是記住拾幾種常見的晶格結構。這並不需要死記硬背，因為晶體學已經將晶格的對稱性總結為壹重、贰重、叁重、肆重和六重。然而，還有壹些對稱性，比如伍重對稱性壹度被認為不可能存在，對應的物質也被稱為“准晶”。
贰維准晶結構，具有與晶體相似的有序排列，但不具有平移對稱性（圖片來源：wikipedia）
這裡藏著巨大的差別。因為晶體中的原子團會以規律的間隔重復出現，然而在准晶中，不同原子團會以不同的間隔重復出現。換句話說，如果你切下來壹塊晶體，它總能平移到其他地方。然而在准晶中，雖然原子排列依然有序，但它們不會像晶體那樣，能夠通過簡單的平移相互拼接。
1982年，以色列海法理工學院的材料學家丹尼爾·謝希特曼（Daniel Shechtman）首次在壹種合金中發現了這種“不可能”的對稱性，它是壹組贰拾面體，具有伍重對稱性。多年後，普林斯頓大學的理論物理學家保羅·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和同事在東西伯利亞堪察加半島的壹塊隕石碎片中，首次發現了自然產生的正贰拾面體，可能是在太陽系形成早期，由兩顆小行星相撞形成的。因此，斯坦哈特和同事開始好奇，核爆產生的瞬間高溫和高壓，是否也可能產生准晶。
2021年，他們的研究順利發表於《美國科學院院刊》（PNAS），在叁位壹體石中發現了准晶。這種准晶的對稱方式與正贰拾面體相同，化學式為Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂，也是已知最古老的人造准晶。
圖片來源：原論文
我們並不能准確知道，這種准晶為何會出現在叁位壹體石中，但我們知道的是，准晶的形成需要伴隨極端高溫和高壓，而這場核爆實驗提供了絕佳的機會。
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好新聞沒人評論怎麼行，我來說幾句
在18世紀的壹天，法國的牧師和礦物學家勒內-朱斯特·阿維（René Just Haüy）失手打碎了壹位富商的方解石礦物標本。當他彎腰撿起破碎的礦物碎片時，卻意外地注意到，這塊標本破碎的表面全都光滑整齊，而且每壹塊碎片的切面全都呈現出同樣的角度，構成了壹個個小小的菱面體。
阿維能想到最簡單的解釋，就是方解石是由壹些基本的模塊組成的，每壹個小模塊都是菱面體的形狀。而這壹發現，最終促成了晶體學的誕生。今天，我們將阿維猜測的這些“基本模塊”稱為“晶格”。如果你在腦海中，將這些晶格像堆積木壹樣，壹個挨壹個地整齊排列在壹起，就形成了晶體。正是這套微觀框架，決定了礦物在宏觀世界中的許多性質，比如硬度、彈性、導電性等等。
在本科階段學習礦物學與晶體學這門課的時候，我們必做的功課之壹就是記住拾幾種常見的晶格結構。這並不需要死記硬背，因為晶體學已經將晶格的對稱性總結為壹重、贰重、叁重、肆重和六重。然而，還有壹些對稱性，比如伍重對稱性壹度被認為不可能存在，對應的物質也被稱為“准晶”。
贰維准晶結構，具有與晶體相似的有序排列，但不具有平移對稱性（圖片來源：wikipedia）
這裡藏著巨大的差別。因為晶體中的原子團會以規律的間隔重復出現，然而在准晶中，不同原子團會以不同的間隔重復出現。換句話說，如果你切下來壹塊晶體，它總能平移到其他地方。然而在准晶中，雖然原子排列依然有序，但它們不會像晶體那樣，能夠通過簡單的平移相互拼接。
1982年，以色列海法理工學院的材料學家丹尼爾·謝希特曼（Daniel Shechtman）首次在壹種合金中發現了這種“不可能”的對稱性，它是壹組贰拾面體，具有伍重對稱性。多年後，普林斯頓大學的理論物理學家保羅·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和同事在東西伯利亞堪察加半島的壹塊隕石碎片中，首次發現了自然產生的正贰拾面體，可能是在太陽系形成早期，由兩顆小行星相撞形成的。因此，斯坦哈特和同事開始好奇，核爆產生的瞬間高溫和高壓，是否也可能產生准晶。
2021年，他們的研究順利發表於《美國科學院院刊》（PNAS），在叁位壹體石中發現了准晶。這種准晶的對稱方式與正贰拾面體相同，化學式為Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂，也是已知最古老的人造准晶。
圖片來源：原論文
我們並不能准確知道，這種准晶為何會出現在叁位壹體石中，但我們知道的是，准晶的形成需要伴隨極端高溫和高壓，而這場核爆實驗提供了絕佳的機會。
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