گروهی بین‌المللی از پژوهشگران نه نمونه جدید از شبه‌بلورهای طبیعی یافته اند. علاوه بر این اثباتی دیگر بر این فرضیه است که شبه‌بلورها با یک شهابسنگ به زمین آمده اند. کشف این گروه، درک ما را از بلورشناسی و شکل گیری منظمومه شمسی متحول می کند.

ساختارهای بلوری مرسوم از اتم ها یا خوشه ای اتم ها ساخته می شوند که به تناوب تکرار می شوند. این الگوها معمولا به تقارن های دورانی دو، سه، چهار یا شش باره محدود می شوند – این تعداد نشان می دهد که در طی یک چرخش 360 درجه، چند بار بلور به شکل اولش دیده می شود. مدت ها گمان می شد که این قوانین بسیار استوارند و هیچ بلوری خارج از این قوانین وجود ندارد.

منظم اما غیر تناوبی

دانیل شکتمان[1] فیزیکدان در سال 1984 بلور قانون شکنی را کشف کرد(!) و در سال 2011 نوبل شیمی را برای تلاش هایش دریافت کرد. شکتمان یک شبه‌بلور کشف کرد- بلوری که در عین منظم بودن حاوی ساختارهای تکرارشونده متناوب نیست. بلور شکتمان تقارن دورانی 10-باره دارد. حتی بعد از کشف هم تردید زیادی درباره وجود چنین ماده ای وجود داشت. اما با گذر سال ها، دیگر فیزیکدانان شروع به ساخت شبه‌بلورهای خود کرد و اکنون بیش از 100 نوع متفاوت از آن ها یافت شده است. هرچند این شبه بلورها مصنوعی هستند و تحت شرایط به دقت کنترل شده آزمایشگاهی ساخته شده اند. درست مثل همان فرض که شبه‌بلورها وجود ندارند، پس از کشفشان گمان می شد که آن ها به شکل طبیعی وجود ندارند.

در سال 2009، پول اشتینهارت[2] از دانشگاه پرینستون-فردی که اولین بار واژه شبه‌بلور را به کار برد- این فرض را مورد تردید قرار داد زیرا به نظر می رسید که گونه ای طبیعی را در نمونه ای سنگی از روسیه یافته است. اشتینهارت و همکارش لوکا بیندی[3] از دانشگاه فلورانس، ایتالیا، نسبت ایزوتوپ های دورن نمونه را اندازه گرفتند و اعلام کردند که این سنگ متعلق به دسته ای از شهابسنگ ها با نام نمونه شهاب کربنی[4] است. نه تنها این صخره حاوی شبه‌بلور طبیعی بلکه از خارج از زمین آمده بود.

گذشته هیجان انگیز

اما شکاکیتی که شبه‌بلورها را پس از کشف دنبال کرده بود، ادامه یافت. نمونه صخره متعلق به والری کریاچو بود، مردی روسی که در سال 1979 کوه های کوریاک در جنوب سیبری به امید یافتن پلاتینیوم کاوید.  این صخره مدتی در مجموعه موزه بیندی در ایتالیا به نمایش گذاشته شده بود. اشتینهارت به فیزیک ورلد گفت:«مردم به سختی باور می کردند که در رساندن این صخره به ایتالیا، ماموران مخفی، قاچاقچیان و ماموران KGB دست داشته اند. تنها راه برای آرام کردنشان این بود که نمونه های بیشتری بیابیم.» او گروهی از 10 دانشمند، دو راننده و یک آشپز را در سفری چهار روزه به همان منطقه ای برد که کریاچو نمونه اصلی را یافته بود. آن ها 1.5 تن رسوب استخراج و در نهایت چند کیلوگرم آن را برای تحلیل جدا کردند.

در میدان کاوش...

بعد از شش هفته تحلیل پر زحمت و دانه به دانه، به چیزی ویژه برخوردند. اشتینهارت می گوید: «ما دانه ای یافتیم که رگه ای فلز بر آن بود. نه تنها شامل شبه‌بلور بود بلکه نسب ایزوتوپ اکسیژنی آن دقیقا برابر نمونه اصلی بود. لحظه باورنکردنی بود. هیچکس خارج از این نقطه، 1% هم شانس موفقیت قایل نبود.» گروه کلا 9 نمونه شبه‌بلوری را جداسازی کردند. آن ها حدس می زنند که همه نمونه از یک شهابسنگ باشد و تحلیل لایه های رسوبی نشان می دهد که این شهابسنگ در 150000 سال آخر به زمین رسیده باشد.

شکل گیری دشوار

اگر شبه‌بلورها از یک شهابسنگ کربنی باشند، باید در اولین روزهای منظومه شمسی شکل گرفته باشند. ما فکر می کنیم که نمونه شهاب های کربنی با یکدیگر برخورد کرده اند و سیاره های سنگی را ساخته اند و بنابراین این شبه‌بلورهای کشف شده از خود زمین قدیمی تر هستند. هرچند، مدل های کنونی نمی توانند حضور این شبه‌بلورها را توضیح دهند؛ اشتینهارت می گوید:«نیاز به نوع جدیدی از فرایند زمین شناسی داریم که آن ها را شکل دهد و بنابراین ایده های ما درباره شکل گیری منظومه شمسی را با چالش مواجه می کند.».

شرایط دشوار حاضر در جوانی منظومه شمسی نیز دیدگاه غالب درباره شبه‌بلورها را به چالش می کشاند زیرا ما شبه‌بلورها را چیزهایی می دانیم که باید به دقت تحت شرایط آزمایشگاهی تولید شوند. اشتینهارت می افزاید:«شبه‌بلورها آن مواد حساسی نیستند که پیشتر فکر می کردیم. آن هایی که ما یافته ایم باید تحت شرایط دشوار منظومه شمسی اولیه شکل گرفته باشند».

دیگران موافقند که دنیای شبه‌بلورها باید با این افزابشی 10 تایی نمونه های طبیعی شناخته شده تغییر کند. رنه دیهل[5] پژوهشگر فیزیک سطح در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا به فیزیکس ورلد گفت:«این نتایج بر معمول بودن شبه‌بلورها تاکید می کند و آن ها را کمتر عجیب می کند! چشمان ما به این واقعیت می گشاید که ممکن است آن ها اطراف ما باشند و ما به آن توجهی نکرده باشیم.»

این پژوهش در Reports on Progress in Physics به چاپ رسید.

درباره نویسنده

کالین استوارت [6]نویسنده علمی و منجم مقیم لندن است.

منبع

Further proof of extraterrestrial origin of quasicrystals, physicsworld.com, Aug 13, 2012, link

مرجع

In search of natural quasicrystals, Paul J Steinhardt, and Luca Bindi, 2012, Rep. Prog. Phys. 75 092601, link