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新发现!科学家在广岛原子弹爆炸遗迹发现一种奇怪的新物质

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在日本广岛的沙滩中,有着一批肉眼几乎难以分辨的玻璃质微粒。

它们只有普通沙粒大小,但这些是原子弹爆炸火球冷却后凝结而成的沉降碎屑,它们被研究者命名为“广岛石”。



2026年7月29日,意大利佛罗伦萨大学领衔的研究团队在《科学进展》发表研究:在一粒广岛石内部,他们发现了一种人类从未记录过的多组元金属合金。



1945年8月6日,原子弹在广岛上空约600米处引爆,爆炸释放的能量相当于1.5万吨TNT炸药,爆炸瞬间形成的火球核心温度超过7000摄氏度,比太阳表面的5500摄氏度还要高出一千多。

在如此极端的高温下,城市里的钢架建筑、玻璃门窗、屋顶瓦片、地表土壤甚至空气中的水分,全都在瞬间汽化,甚至被电离成等离子体。

但汽化的物质并没有凭空消失。

随着火球迅速膨胀扩散,温度在几秒内急剧下降,气态的各类物质来不及重新分层分离,于是凝结成无数细密的熔融液滴,最终凝固成玻璃质的微小颗粒,它们随着气流最终散落在广岛沿岸。



根据此前的同位素研究测算,火球中的硅酸盐物质从近3000摄氏度冷却到700摄氏度、完成凝结固化的全过程,仅用了1.7到5.5秒,就在这短短几秒里,城市里原本互不相干的元素被强行混合,封存在了一颗颗微米级的玻璃状物质内。

常规实验室很难复刻这种瞬间超高温、极速冷却的极端环境,而爆炸留下的微小颗粒,恰好天然记录了极端条件下物质的演化规律。

研究团队一共检查了34块广岛石样本。

在扫描电子显微镜下,大部分颗粒以硅酸盐玻璃为主要成分,它们只夹杂着极少量的金属杂质。

但其中一块样本格外特殊:它的内部零散分布着许多细小的金属颗粒,总占比仅为整个球体体积的1%到3%,如同一座座金属小岛漂浮在玻璃构成的海洋中。



这些金属颗粒形态各异,有的是表面光滑的液滴状,有的则是不规则的碎块,更有部分还沿着玻璃的流动纹理成串排列,它们就像当时的记录者,记录下了熔融状态下金属与玻璃互不混溶、被气流裹挟凝固的瞬间。

研究人员用极细的探针从样本里挑出4颗直径约8到10微米的金属颗粒,这个尺寸大约只有头发丝直径的八分之一,与人体红细胞大小相近。

成分分析显示,其中三颗都是常见的铁铬基合金,原子排列为常规的体心立方结构,和普通钢材的晶体结构没有区别。

直到第四颗颗粒的出现,它打破了所有常规认知。

这颗颗粒的成分中,铁占了六成以上,其次是约15%的铬、9%的镍,还有少量锰、钼与铝,额外含有约7%的硅元素。

基础的铁、铬、镍成分与城市建筑用的不锈钢材质同源,但额外的硅元素来自建筑玻璃、土壤中的硅酸盐,是爆炸中多类物质共同汽化混合的产物。

研究也明确排除了它来自原有工业合金的可能:常规冶金条件下,这种成分比例绝不会形成这样的原子结构。



元素的组成只差一点,但物质的特性就可能天差地别。

这就好比碳原子构成,排列松散会成为柔软的铅笔芯石墨,而排列规整的就是自然界最坚硬的钻石,原子的排布方式,从根本上决定了物质的样貌与性能。

研究团队用单晶X射线衍射解析了这颗颗粒的原子结构,结果出乎所有人意料:它的原子排列成一种规则的立方结构,属于β-锰结构的有序变体。

这种有序结构此前多在金铝化合物、锰基合金等少数体系中被观测到,但在以铁和硅为主的合金体系里,这是人类第一次发现这种原子排布形式。

而更耐人寻味的是它的微观局部结构:每个硅原子周围,都被12个金属原子包围,形成一个略微变形的二十面体外壳。



这种局部原子团簇的排布特征,与准晶体十分接近。

准晶体是一种原子排列没有常规周期性、却存在长程有序规律的特殊物质,此前曾在美国三一核试验的爆炸残留物中被发现。

而这次发现的合金本身属于常规周期晶体,但局部结构已经踏入了准晶体近似相的范畴,相当于站在了常规晶体与准晶体的边界地带。

可为什么核爆炸总能催生这类特殊结构的物质?

核心答案就在极速冷却四个字里。

在爆炸火球中,各种金属和硅酸盐全都被汽化成原子态,实现了充分均匀的混合。



当温度骤降时,熔融的微小液滴在极短时间内凝固,原子根本来不及移动到能量最低的常规位置,就被冻在了当时的排列状态。

每一滴小小的熔融液滴,都像一个独立的微型反应器,随机封存了当时的元素比例和原子结构。

不过广岛的空爆和三一试验的条件并不相同。

三一试验的核弹架设在离地面仅30米的高塔上,爆炸与地面沙土充分作用,形成了大量熔融的玻璃残片;而广岛原子弹在600米高空引爆,和地面的相互作用更弱,温度、压力的变化历程也有差异。

正是这种不同的演化路径,造就了不同的特殊物质,一个诞生了真正的准晶体,一个诞生了与准晶体结构同源的有序合金。

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