Un extraño cuasicristal que rompe las reglas de la cristalografía ordinaria ha sido hallado en un tubo de arena fundida de Nebraska, o también llamado “piedra rayo”.
Un tubo de “relámpago fosilizado” de los montes Sandhills de Nebraska contiene un raro tipo de cuasicristal que hasta ahora sólo se había encontrado en meteoritos y en lugares de pruebas de bombas atómicas.
Los cuasicristales son materiales que rompen las reglas tradicionales de la cristalografía. Antes de su aparición en 1984, los científicos pensaban que los materiales podían ser cristalinos -con patrones simétricos y repetitivos- o amorfos, es decir, dispuestos al azar y desordenados. Además, los científicos creían que los cristales sólo podían ser simétricos un número limitado de veces al girar alrededor de un eje: dos, tres, cuatro o seis veces.
Los cuasicristales rompen esas reglas. Están formados por un patrón ordenado, pero ese patrón se repite. También tienen simetrías rotacionales que ningún cristal ordinario puede alcanzar. Un cuasicristal con simetría icosaédrica, por ejemplo, puede mostrar una simetría quíntuple en torno a seis líneas de rotación diferentes.
Arena fundida de un rayo o una línea eléctrica caída, conocida como fulgurita. Esta fulgurita, encontrada en Nebraska, contiene un material raro conocido como cuasicristal. Crédito: Luca Bindi
Los cuasicristales se descubrieron por primera vez en el laboratorio. Sin embargo, en 2012, Paul Steinhardt, físico teórico de la Universidad de Princeton, y Luca Bindi, geocientífico de la Universidad de Florencia (Italia), anunciaron el descubrimiento de un cuasicristal natural en un meteorito que cayó en la península de Kamchatka, al noreste de Rusia. A continuación, los investigadores crearon más cuasicristales en el laboratorio imitando las altas temperaturas y las altas presiones que pueden darse cuando chocan cuerpos rocosos. A continuación, se dirigieron a otro lugar donde se produjo una transición muy rápida a altas temperaturas y altas presiones: la zona de pruebas de la bomba atómica Trinity, en Nuevo México. Allí encontraron más cuasicristales en minerales de debajo de donde explotó la bomba atómica.
Bindi dijo a Live Science en un correo electrónico:
“Por esta razón, empecé a pensar en otros materiales formados en condiciones similares. Y pensé en las fulguritas, materiales formados por la caída de rayos”.
El cuasicristal recién descubierto se encontró en Nebraska, cerca del pueblo de Hyannis. Crédito: Luca Bindi
Descarga dramática
Las fulguritas se forman cuando un rayo golpea la arena, fusionando los granos en un tubo de vidrio retorcido y ramificado. Bindi recogió varias fulguritas en su búsqueda de cuasicristales. La que contenía esta rara forma de materia procedía de las Sandhills de Nebraska, cerca del pueblo de Hyannis. Esta zona de Nebraska está formada por dunas de arena cubiertas de hierba.
La fulgurita se encontró cerca de un tendido eléctrico que se cayó en una tormenta en 2008. En total, medía unos 2 metros de largo y hasta 3.1 pulgadas (8 centímetros) de diámetro. Nadie presenció el suceso, por lo que los investigadores no están seguros de si el rayo cayó sobre el tendido eléctrico y creó la fulgurita, o si el tendido se cayó con el viento y creó la fulgurita con su propia descarga eléctrica.
En cualquier caso, el vidrio ramificado resultante contenía una mezcla de materiales procedentes de la arena y los metales de la línea eléctrica, como manganeso, silicio, cromo, aluminio y níquel. Para fundir estos materiales, la temperatura de la arena debió alcanzar brevemente al menos 3.110 grados Fahrenheit (1.710 grados Celsius), informaron los investigadores el 27 de diciembre en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
A la caza de cuasicristales
Un primer plano de un raro cuasicristal incrustado en una fulgurita encontrada en Nebraska. Crédito: Luca Bindi
Utilizando un microscopio electrónico de barrido, Bindi, Steinhardt y sus colegas encontraron un cristal de 12 caras y 12 ángulos con simetría de 12 pliegues incrustado en la fulgurita. Los cuasicristales con este tipo de simetría son aún más raros que los cuasicristales en general, escriben los investigadores en su artículo; los cuasicristales con simetría de 10 pliegues o simetría icosaédrica son más comunes.
El descubrimiento apunta a nuevos lugares donde buscar cuasicristales naturales, según Bindi.
“Demuestra que las condiciones transitorias de presión y temperatura extremas son adecuadas para la síntesis de cuasicristales”.
Otros posibles lugares para encontrar cuasicristales podrían ser los vidrios de impacto que se forman cuando grandes meteoritos o asteroides chocan contra la Tierra, o partes de la superficie lunar que han sido golpeadas por asteroides.
Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences.
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