Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества

Главным свойством полупроводника является то, что электроны не могут двигаться сквозь него, если их энергия попадает в определенный диапазон. Инженеры используют возможности, предоставляемые этой “запрещенной зоной”, для управления потоком электронов и переносимой ими информации.

Нечто подобное существует и в фотонике. Можно создать материал с “фотонной запрещенной зоной”, которая блокирует световые волны в определенном диапазоне энергий. Первыми примерами стали фотонные кристаллы, придуманные и синтезированные четверть века назад.

Просвечивая микроволнами нашу напечатанную 3D-структуру, мы с Вейнингом Маном и Полом Чайкином показали, что некоторые свойства фотонных кристаллов есть и у квазикристаллов. В частности – фотонная запрещенная зона. И, что самое важное, по характеристикам своей запрещенной зоны квазикристаллы превосходят фотонные кристаллы, поскольку обладают более высокой вращательной симметрией. Это делает их фотонные запрещенные зоны более сферическими, что полезно для практических целей.

Этот пример с фотоникой показывает, что в некоторых приложениях квазикристаллы могут иметь преимущества перед обычными кристаллами из-за своей особой симметрии, при условии что удастся найти варианты с правильным сочетанием химии и симметрии. Такие хорошие варианты можно искать методом проб и ошибок в лаборатории, но теперь представляется возможным и открытие их в природе.

Невозможно?

Ключом к пониманию того, как натуральные квазикристаллы возникают в природе, является понимание того, когда и где они сформировались. До сих пор наши интенсивные исследования зерен № 126 и № 126A давали возможность лишь частично ответить на эти вопросы для метеорита Хатырка.

Благодаря эксперименту с пушкой и исследованиям зерна № 126A мы знаем, что образование i-phase II было вызвано столкновением, случившимся сотни миллионов лет назад. Это столкновение породило ударную волну, нагрев и плавление определенного сочетания металлов, которые при остывании и затвердевании образовали i-phase II и характерную конфигурацию окружающих металлов.

С другой стороны, мы также убедились, что квазикристаллический икосаэдрит не расплавился при ударе. Так что он определенно существовал раньше, возможно, задолго до того знаменательного столкновения в космосе. Это оставляет много вопросов, на которые пока нет ответа. Как и когда он образовался? Был ли это первый квазикристалл, возникший в Солнечной системе? Часто он встречается или редко? Верна ли доминирующая на сегодня гипотеза – действительно ли он образовался в протосолнечной туманности? Были ли молнии в этой пылевой туманности, которые, как предполагают некоторые из нас, способствовали образованию алюмомедных сплавов? Или, возможно, квазикристалл был частью “досолнечного зерна”, сформировавшегося в период упадка более ранней звездной системы, и путешествовал в космосе, пока не попал в нашу Солнечную систему? При любом из этих вариантов какие еще новые минералы образовались таким образом? И как все это повлияло на эволюцию нашей Солнечной системы?

Хотя мы продолжаем использовать множество различных экспериментальных подходов, на момент завершения этой книги природа все еще держит ответы на эти вопросы под замком. Вероятно, что-то еще удастся выяснить в дальнейших исследованиях метеорита Хатырка. Или, может быть, кто-то найдет примеры алюмомедных сплавов в других метеоритах и получит дополнительные подсказки.

Но если бы мне приснился самый безумный сон о том, где искать нужный ключ к следующей двери в этой области науки, я бы отправился на родительский астероид Хатырки.

Хатырка, как и большинство метеороидов, был в прошлом частью гораздо более крупного родительского астероида, который все еще обращается вокруг Солнца. Где-то от четырех до двух миллионов лет назад, много после того знаменательного столкновения, метеороид Хатырка оторвался от своего родителя и помчался прочь, как заблудший малыш. В конце концов он попал в земную атмосферу и либо взорвался в воздухе, либо упал целым и невредимым на поверхность Земли.

Если бы мы сумели найти его родительский астероид, совершить высадку на его поверхность, собрать образцы и изучить химический и изотопный состав всех составляющих его минералов, то происхождение Хатырки было бы раскрыто.

Однако сильно отрезвляет мысль о том, что в окружающем Солнце поясе астероидов вращается около ста пятидесяти миллионов потенциальных родительских тел, каждое размером больше футбольного поля. А если включить в подсчеты астероиды меньшего размера, список станет намного длиннее. Так что найти родителя Хатырки в такой огромной толпе просто невозможно.

Однако вы могли бы задаться вопросом: какого рода эта невозможность? Невозможность первого рода? Как 1 + 1 = 3?