80 anos após o teste Trinity, a trinitite revela um quasicristal

Há exatamente oitenta anos, às 5h29 da manhã de 16 de julho de 1945, no estado do Novo México, escreveu-se uma página sombria da história.

A quietude da madrugada foi destruída quando o Exército dos Estados Unidos detonou um dispositivo de implosão de plutónio conhecido por Gadget - o primeiro ensaio de sempre de uma bomba nuclear, o teste Trinity. A partir desse instante, a forma de fazer guerra mudaria para sempre.

O teste Trinity e a explosão que mudou a guerra

A libertação de energia, equivalente a 21 quilotoneladas de TNT, vaporizou a torre de ensaio de 30 metros (98 pés) e quilómetros de fios de cobre que a ligavam ao equipamento de registo. A bola de fogo resultante fundiu a torre e o cobre com o asfalto e a areia do deserto por baixo, transformando tudo em vidro esverdeado - um novo mineral a que se deu o nome de trinitite.

Muitas décadas depois, investigadores identificaram um segredo escondido num fragmento dessa trinitite: uma forma rara de matéria chamada quasicristal, que durante muito tempo se considerou impossível.

Porque é que os quasicristais são tão raros na Terra

“Os quasicristais formam-se em ambientes extremos que raramente existem na Terra”, explicou em 2021 o geofísico Terry Wallace, do Laboratório Nacional de Los Alamos.

“Exigem um evento traumático com choque, temperatura e pressão extremos. Não é algo que vejamos com frequência, exceto em algo tão dramático como uma explosão nuclear.”

A maioria dos cristais - do simples sal de mesa aos diamantes mais resistentes - segue o mesmo princípio: os seus átomos organizam-se numa estrutura em rede que se repete no espaço tridimensional. Os quasicristais, pelo contrário, quebram essa regra: o padrão atómico existe, mas não se repete.

Quando a ideia surgiu no mundo científico, em 1984, acreditou-se que tal não poderia acontecer: os cristais seriam, ou ordenados, ou desordenados, sem meio-termo. No entanto, acabaram por ser encontrados de facto - tanto produzidos em laboratório como na natureza - no interior de meteoritos, moldados por choques termodinâmicos associados a acontecimentos como um impacto a hipervelocidade.

Trinitite vermelha: a pista que levou ao quasicristal

Sabendo-se que os quasicristais exigem condições extremas para se formarem, uma equipa de cientistas liderada pelo geólogo Luca Bindi, da Universidade de Florença (Itália), decidiu observar a trinitite com mais atenção.

Mas não a trinitite verde. Apesar de serem incomuns, os quasicristais já foram observados o suficiente para se perceber que tendem a incorporar metais; por isso, a equipa procurou um tipo muito mais raro do mineral: a trinitite vermelha, cuja cor resulta dos fios de cobre vaporizados que ficaram integrados no material.

Recorrendo a técnicas como a microscopia eletrónica de varrimento e a difração de raios X, os investigadores analisaram seis pequenas amostras de trinitite vermelha. Por fim, numa delas, surgiu um resultado claro: um minúsculo grão de 20 faces, composto por silício, cobre, cálcio e ferro, com uma simetria de rotação quíntupla impossível em cristais convencionais - uma “consequência não intencional” do belicismo.

“Este quasicristal é magnífico na sua complexidade - mas ainda ninguém nos consegue dizer por que razão se formou desta forma”, afirmou Wallace em 2021, quando os resultados da equipa foram publicados.

“Mas, um dia, um cientista ou um engenheiro vai descobrir isso e as escamas vão cair-nos dos olhos, e teremos uma explicação termodinâmica para a sua criação. Depois, espero que possamos usar esse conhecimento para compreender melhor as explosões nucleares e, em última análise, chegar a uma visão mais completa do que representa um teste nuclear.”

A descoberta corresponde ao quasicristal antropogénico mais antigo conhecido e aponta para a possibilidade de existirem outras vias naturais de formação de quasicristais. Por exemplo, as fulgurites - tubos de areia fundida gerados por descargas de relâmpago - e materiais provenientes de locais de impacto de meteoritos podem ser fontes de quasicristais na natureza.

A investigação poderá também ajudar a compreender melhor testes nucleares ilícitos, com o objetivo final de travar a proliferação de armamento nuclear. Se forem estudados os minerais formados noutros locais de testes nucleares, poderão ser encontrados mais quasicristais, cujas propriedades termodinâmicas podem vir a ser úteis como ferramenta de forense nuclear.

“Para compreender as armas nucleares de outros países, precisamos de ter uma noção clara dos seus programas de testes nucleares”, disse Wallace.

“Normalmente analisamos detritos e gases radioativos para perceber como as armas foram construídas ou que materiais continham, mas essas assinaturas decaem. Um quasicristal que se forme no local de uma explosão nuclear pode, potencialmente, dar-nos novos tipos de informação - e existirá para sempre.”

O estudo foi publicado na PNAS.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em maio de 2021.