Como o Teste Trinity expôs, na trinitita, um quasicristal

Às 5h29 da manhã de 16 de julho de 1945, o deserto do Novo México (EUA) deixou de ser apenas paisagem. Naquele instante, a humanidade abriu uma porta que mudaria para sempre a forma como as guerras seriam travadas.

O silêncio do amanhecer foi interrompido quando o Exército dos Estados Unidos detonou um dispositivo de implosão de plutônio apelidado de Gadget - o primeiro teste de uma bomba nuclear do mundo, conhecido como teste Trinity. Foi um marco histórico sombrio.

A liberação de energia, equivalente a 21 quilotons de TNT, vaporizou a torre de testes de 30 metros e quilômetros de fios de cobre que a conectavam aos equipamentos de registro. A bola de fogo resultante fundiu restos da torre e do cobre com o asfalto e a areia do deserto, formando um vidro esverdeado - um novo mineral chamado trinitita.

Décadas depois, cientistas encontraram algo inesperado escondido em um pedaço dessa trinitita: uma forma rara de matéria conhecida como quasicristal, que por muito tempo foi considerada impossível.

"Quasicristais se formam em ambientes extremos que raramente existem na Terra", explicou o geofísico Terry Wallace, do Laboratório Nacional de Los Alamos, em 2021.

"Eles exigem um evento traumático, com choque, temperatura e pressão extremos. Normalmente não vemos isso - a não ser em algo tão dramático quanto uma explosão nuclear."

A maioria dos cristais, do sal de cozinha aos diamantes mais duros, segue a mesma regra: seus átomos se organizam em uma estrutura de rede que se repete no espaço tridimensional. Quasicristais quebram essa regra - o padrão atômico existe, mas não se repete.

Quando a ideia surgiu no mundo científico, em 1984, parecia algo impossível: cristais seriam ou ordenados ou desordenados, sem meio-termo. Só que eles foram de fato encontrados - tanto produzidos em laboratório quanto na natureza, no interior de meteoritos, forjados por choque termodinâmico em eventos como impactos em altíssima velocidade.

Sabendo que condições extremas são necessárias para produzir quasicristais, uma equipe liderada pelo geólogo Luca Bindi, da Universidade de Florença (Itália), resolveu olhar com mais atenção para a trinitita.

Mas não para a versão verde. Embora não sejam comuns, já se conhecem quasicristais suficientes para notar uma tendência: eles costumam incorporar metais. Por isso, o grupo buscou uma forma bem mais rara do mineral - a trinitita vermelha, cuja cor vem do cobre vaporizado dos fios que ficou incorporado ao material.

Com técnicas como microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X, eles analisaram seis pequenas amostras de trinitita vermelha. Por fim, veio o resultado em uma delas: um grão minúsculo, de 20 faces, composto de silício, cobre, cálcio e ferro, com simetria de rotação de cinco vezes - algo impossível em cristais convencionais - uma "consequência não intencional" do belicismo.

"Esse quasicristal é magnífico na sua complexidade - mas ainda ninguém consegue nos dizer por que ele se formou dessa maneira", disse Wallace em 2021, quando os resultados da equipe foram publicados.

"Mas algum dia, um cientista ou engenheiro vai entender isso, e a venda vai cair dos nossos olhos, e teremos uma explicação termodinâmica para sua criação. Então, espero que possamos usar esse conhecimento para compreender melhor explosões nucleares e, por fim, chegar a um quadro mais completo do que um teste nuclear representa."

A descoberta representa o quasicristal antropogênico mais antigo conhecido e sugere que podem existir outros caminhos naturais para a formação de quasicristais. Por exemplo, fulguritos - areia derretida e solidificada por raios - e materiais de locais de impacto de meteoritos podem ser fontes de quasicristais na natureza.

A pesquisa também pode ajudar a entender melhor testes nucleares ilícitos, com o objetivo final de conter a proliferação de armamentos nucleares. Estudar os minerais formados em outros locais de testes pode revelar mais quasicristais, cujas propriedades termodinâmicas podem servir como ferramenta para a perícia nuclear.

"Entender as armas nucleares de outros países exige que tenhamos um entendimento claro de seus programas de testes nucleares", afirmou Wallace.

"Em geral, analisamos detritos e gases radioativos para entender como as armas foram construídas ou quais materiais continham, mas essas assinaturas decaem. Um quasicristal formado no local de uma explosão nuclear pode, potencialmente, trazer novos tipos de informação - e eles existirão para sempre."

A pesquisa foi publicada na PNAS.

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