Como o Teste Trinity revelou um quasicristal na trinitita

Há 80 anos, exatamente às 5h29 da manhã de 16 de julho de 1945, no estado do Novo México, um capítulo sombrio da história foi escrito.

Naquele amanhecer aparentemente tranquilo, o silêncio foi rompido quando o Exército dos Estados Unidos detonou um dispositivo de implosão de plutónio conhecido como o Gadget - o primeiro teste de uma bomba nuclear do mundo, chamado de Teste Trinity. A partir dali, a forma de travar guerras mudaria para sempre.

O Teste Trinity e o nascimento da trinitita

A libertação de energia, equivalente a 21 quilotoneladas de TNT, vaporizou a torre de testes de 30 metros (98 pés) e quilómetros de fios de cobre que a ligavam aos equipamentos 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 num vidro esverdeado - um novo mineral a que se deu o nome de trinitita.

Muitas décadas depois, investigadores encontraram algo inesperado escondido num fragmento dessa trinitita: uma forma rara de matéria chamada quasicristal, que durante muito tempo foi considerada impossível.

Por que quasicristais são tão raros

"Os quasicristais formam-se 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."

Em cristais comuns - do simples sal de cozinha aos diamantes mais resistentes - os átomos seguem a mesma regra: organizam-se numa estrutura em rede que se repete no espaço tridimensional. Os quasicristais, por outro lado, fogem a essa lógica - o desenho segundo o qual os átomos se dispõem não se repete.

Quando essa ideia apareceu na ciência, em 1984, ela foi recebida como algo inviável: acreditava-se que os cristais só poderiam ser ordenados ou desordenados, sem meio-termo. Depois, porém, eles foram de facto encontrados, tanto fabricados em laboratório como na natureza - no interior de meteoritos, formados por choques termodinâmicos de acontecimentos como impactos a hipervelocidade.

O achado na trinitita vermelha

Sabendo que quasicristais dependem de condições extremas para se formar, uma equipa de cientistas liderada pelo geólogo Luca Bindi, da Universidade de Florença, em Itália, resolveu examinar a trinitita mais de perto.

Só que não a variedade verde. Embora sejam incomuns, já se conhece o suficiente sobre quasicristais para perceber que eles tendem a incorporar metais; por isso, o grupo procurou uma versão muito mais rara do mineral - a trinitita vermelha, cuja cor vem dos fios de cobre vaporizados que ficaram incorporados no material.

Com técnicas como microscopia eletrónica de varrimento e difração de raios X, os investigadores analisaram seis pequenas amostras de trinitita vermelha. Por fim, em uma delas surgiu o sinal procurado: um minúsculo grão de 20 faces composto por silício, cobre, cálcio e ferro, com uma simetria rotacional de cinco ordens impossível em cristais convencionais - uma "consequência não intencional" do belicismo.

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

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

O que isso pode revelar sobre testes nucleares

A descoberta é o quasicristal antropogénico mais antigo de que se tem conhecimento e indica que podem existir outros caminhos naturais para a formação de quasicristais. Por exemplo, fulguritos de areia derretida produzidos por descargas elétricas, bem como materiais de locais de impacto de meteoritos, podem ser fontes de quasicristais na natureza.

O trabalho também pode contribuir para compreender melhor testes nucleares ilícitos, com o objetivo final de conter a proliferação de armamentos nucleares. Ao estudar os minerais gerados noutros locais de testes nucleares, pode ser possível identificar mais quasicristais, cujas propriedades termodinâmicas poderiam servir como ferramenta para perícia nuclear.

"Compreender as armas nucleares de outros países exige que tenhamos uma compreensão clara dos seus programas de testes nucleares", afirmou Wallace.

"Normalmente analisamos detritos e gases radioativos para entender como as armas foram construídas ou que materiais continham, mas essas assinaturas decaem. Um quasicristal que se forma no local de uma explosão nuclear pode potencialmente dizer-nos 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.