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モスク、シベリア、宇宙で見つかったありそうもない岩

さかのぼること 6 月、アイオワ州のエイムズ研究所の研究者は、希土類準結晶の新しいグループの発見を発表しました。これは、原子構造が決して繰り返されない規則的なパターンを誇っている珍しいクラスの結晶材料です。それらは中世のイスラム建築に見られる複雑なモザイクタイルに似ており、技術的にはクリスタルとガラスの間のどこかに収まります。この最新の研究は、著名な雑誌 Nature Materials で目立つように取り上げられました —当然のことながら—しかし、一般的なメディアの状況全体にほとんど影響を与えませんでした.ビッグ ニュースとは思えませんでした。

現在では、準結晶はほとんどありふれたものであり、実験室で定期的に合成され、手術器具、LED ライト、焦げ付き防止のフライパンに使用されています (これらは熱伝導率が非常に低いため、優れた断熱材です)。しかし、それらの存在が非常にありそうにないと考えられていた時期があったため、それらを発見したイスラエルの物理学者ダニエル・シェヒトマンは、彼のアイデアのために同僚から嘲笑され、Technion-Israel Institute of Technology の研究グループを去るように求められました. .

これは、1980 年代まで、このような原子の配置は不可能と考えられていたためです。結晶の定義そのものは、三次元格子で何度も繰り返される周期的なパターンで原子が正確に対称的に配列されていることを前提としています。対照的に、準結晶は明らかに数学的規則に従いますが、各セルは、同じパターンで繰り返されるのではなく、近くのセルの構成がわずかに異なります。そして、その異常な構造は、準結晶にいくつかの非常に異常な特性を与えます.

1982 年 4 月 8 日、シェヒトマンは結晶サンプル (アルミニウム-マンガン合金) を電子顕微鏡で観察していたところ、原子が奇妙で非周期的なパターンで配置されていることに気付きました。これは不可能だったはずです。例えるなら、バスルームの床にタイルを張ろうとする場合です。隙間や重なりを残さずに組み合わせる場合、タイルは特定の対称形 (三角形、正方形、または六角形) にする必要があります。 5 重の対称性を持つ五角形は機能しません — 自然ができると判断した準結晶の場合を除きます。 仕事。他の種類のアトミック シェイプでギャップを埋めて、全体を接着するだけです。

シェヒトマンでさえ、最初は自分の目を信じていませんでした。彼は自分の観察結果をノートに正しく記録し、表記の横に 3 つの疑問符を付けて、ヘブライ語で「Eyn chaya kazo」とつぶやいたと言われています。 」(「そのような生き物はあり得ない」)。同僚からの反発にもかかわらず、彼は辛抱し、彼の発見は最終的に Physical Review Letters に掲載されました。 . 20 年後、その論文はジャーナルの歴史の中で最も多く引用された 10 の論文の 1 つとなり、結晶学に革命をもたらしました。最終的に、科学者たちは実験室で準結晶を成長させる方法を見つけ出しましたが、残りは歴史です。 Schechtman は、その発見により 2011 年のノーベル化学賞を受賞しました。

ロシアのコリャーク山脈の奥深くから採取された岩石の中に、自然に発生する準結晶が発見されたのは 2010 年のことでした。その人物は物理学者のポール・スタインハルトであり、1984 年に調査を開始し、さまざまな博物館の岩石コレクションをくまなく調べて、その明白な非周期構造の証拠を探しました。 2007年、フィレンツェ大学のルカ・ビンディが所蔵するコレクションの中で、彼はついにそのような標本を発見しました。彼の質量分析分析の結果に基づいて、彼はサンプルが地球に落ちた隕石から来たに違いないと結論付けました.

可能性は低いかもしれませんが、これは興味深い仮説でしたが、スタインハルトはサンプルが実際にコリャーク山脈からのものであるという証拠を必要としていました。彼の探求には明らかに「秘密の日記、密輸業者、金の探鉱者、クマ」など、まだ解明されていない陰謀が絡んでいましたが、最終的に彼は 1979 年に最初にサンプルを見つけた男、ヴァレリー クリャチコ (彼は実際にプラチナを探していましたが、そのスコアでは手ぶらでやってきました)。

自然に発生する準結晶が 1 つあるところには、他にもあるはずですよね?それがスタインハルトの推論であり、彼はクリャチコをガイドとしてロシアの山への遠征隊を編成し、数台のトラクター車で凍ったツンドラを這いずりました。努力した甲斐がありました。実際、準結晶を含むサンプルがさらに多く見つかりました。スタインハルトは、準結晶が宇宙から来たという彼の仮説を支持すると主張した。彼は、地元の堆積物のサンプルに基づいて、約 15,000 年前に衝突の可能性が高い日付を突き止めました。

実際、Steinhardt は、準結晶は希少で風変わりなものではなく、太陽系で最初に形成された鉱物の 1 つだった可能性があると考えています。石のように固いものであっても、一般的でありそうにないものは文脈に大きく関係していることを思い出させてくれます.

Jennifer Ouellette はサイエンス ライターであり、 の著者です。 微積分日記 および今後の 私、私自身、そしてなぜ:自己の科学を求めて. Twitter @JenLucPiquant で彼女をフォローしてください。



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