الجسيمات المثالية في المeteorit Khatyrka: البنية الذرية 'المستحيلة' التي تحدّث القوانين الكريستالية وتعكس أصل النظام الشمسي

الجسيمات المثالية في المeteorit Khatyrka: البنية الذرية 'المستحيلة' التي تحدّث القوانين الكريستالية وتعكس أصل النظام الشمسي. اكتشاف الجسيمات المثالية الطبيعية الأولى في العالم في المeteorit Khatyrka من روسيا أثار ضجة في مجال العلوم البحتة. البنية الذرية التيConsidered غير ممكنة هذا غير فقط تحدّث القوانين الكريستالية التقليدية ولكن أيضاً توفر أدلة جديدة حول عملية تكون النظام الشمسي المبكرة. الدراسة المنشورة في مجلة *Science* و *Nature Communications* هذه تكشف عن كيفية تكون الجسيمات المثالية بشكل طبيعي من خلال الصدمات الكونية السريعة، مما يفتح أبوابًا جديدة في الفيزياء الفلكية والعلوم البحتة.. مقدمة: ما هي الجسيمات المثالية؟ و لماذا تعتبر غير ممكنة؟ لعدة قرون، كان العلماء الكريستاليون يعتقدون بثابت أن جميع البلورات الكريستالات يجب أن تكون مصنفة في نظام ذرية مكرر في ثلاثة أبعاد. هذه القاعدة، المعروفة باسم قانون برافيس، تقول إن هناك 14 نوعًا فقط من الشبكات البلورية الممكنة. ومع ذلك، في عام 1984، اكتشف عالم الإسرائيلي دان شختمان بصراحة العالم بوجود مادة تحتوي على نظام ذرية مكرر ولكن ليس مكررًا في ثلاثة أبعاد - الجسيمات المثالية. اكتشاف هذا كان مثيرًا جدًا حتى أن شختمان تم طردته من مجموعة البحث الخاصة به في البداية. ومع ذلك، في النهاية، حصل على جائزة نوبل في الكيمياء في عام 2011. على الرغم من أن الجسيمات المثالية تم синثيسها في المختبر، إلا أن السؤال الرئيسي يبقى: هل يمكن للجسيمات المثالية أن تكون موجودة بشكل طبيعي في الطبيعة؟ الإجابة جاءت من مكان غير متوقع - حجر كهرمان صغير تم العثور عليه في جبال كورياك، شرق روسيا. اكتشاف حجر كهرمان Khatyrka: من الرمال الذهبية إلى البنية الذرية الغريبة في عام 1979، اكتشف جامع الذهب إيفان ب. حجرًا صغيرًا من حجر كهرمان في حافة نهر كاتيركا. خلال几 عقود، تم تخزين العينة دون أن يتم اكتشاف قيمتها. فقط في عام 2007، قام عالم الجيولوجيا من جامعة فلورنسا، إيطاليا، بدراسة العينة واكتشف وجود بلورات معدنية تحتوي على دوران دوران خمسةfold - خاصية غير ممكنة في البلورات العادية. بعد ذلك، قاد فريق البحث الدولي بقيادة البروفيسور بول ستاينهاردت من جامعة برينستون تحقيقًا إضافيًا واكتشف أن البلورات المعدنية كانت جسيمات مثالية طبيعية أولى. تم نشر هذا الاكتشاف في مجلة Science في عام 2009، تحت عنوان "الجسيمات المثالية الطبيعية: معدن جديد من حجر كهرمان Khatyrka". منهجية الدراسة: المجهر الإلكتروني والتحليل البنيوي الذري استخدم فريق البحث تقنيات متقدمة لتوثيق البنية الجزيئية. أولاً، استخدم المجهر الإلكتروني النافذة TEM لمراقبة نمط انتشار الإلكترونات الذي يظهر دورانًا خمسةfold - دورانًا غير مسموح به في البلورات العادية. ثانيًا، استخدم التشتت الإشعاعي XRD لتوثيق أن الذرات في المعدن تتركز في نمط مكرر ولكن ليس مكررًا. ثالثًا، استخدم المجهر الإلكتروني الماسح SEM مع التشتت الإشعاعي للطاقة EDS لتحديد تركيب الكيميائي، الذي يتكون من الألومنيوم والكوبالت والفيروم - تركيب لم يرجمه في أي معدن طبيعي قبل ذلك. تم تسمية المعدن "اليكوساهيدريت" Al63Cu24Fe13 نسبة إلى الشكل الإيكوساهيدرون الذي يعتبر أساسًا لتركيبه. النتائج والتداعيات: تحدي القوانين الكريستالية والفيزياء الفلكية اكتشاف اليكوساهيدريت في حجر كهرمان Khatyrka له تداعيات عميقة. أولًا، يثبت أن الجسيمات المثالية يمكن أن تتشكل بشكل طبيعي في الكون، وليس فقط في المختبر. ثانيًا، تحليل الأيزوتوبات يظهر أن هذا الحجر يأتي من أسترويد قديم تم تشكيله في بداية النظام الشمسي، حوالي 4.5 مليار سنة مضت. ثالثًا، وجود الجسيمات المثالية في الحجر يظهر أن عملية تشكيلها تتطلب ظروفًا شديدة الاستثناء - درجات حرارة وضغوط عالية يمكن أن تنتجها فقط الصدمات الكونية السريعة. دراسة متابعة نشرت في مجلة Nature Communications في عام 2016 من قبل نفس الفريق وجدت أن الجسيمات المثالية تشكلت من خلال عملية "صدمات الصدمات" - موجات الصدمة التي تنتجها الصدمات الكونية. هذه العملية تسبب في ترتيب الذرات في نمط الجسيمات المثالية المستقر في ظروف الضغط العالي. المناقشة العلمية: هل الجسيمات المثالية فعلاً مستقرة؟ على الرغم من أن هذا الاكتشاف تم قبوله على نطاق واسع، إلا أن هناك من يعتقدون أن الجسيمات المثالية قد تكون غير مستقرة في المدى الطويل. بعض العلماء يعتقدون أن الجسيمات المثالية قد تكون مستقرة فقط في ظروف الضغط العالي، وستندمج إلى بلورات عادية عندما يتم إطلاق الضغط. ومع ذلك، أظهر فريق ستاينهاردت أن اليكوساهيدريت يظل مستقراً في ظروف الضغط الجوي العادي، على الرغم من أنه قد يحتاج إلى وقت طويل للاندماج. دراسة ترموديناميكية أظهرت أن الجسيمات المثالية لها طاقة حركية أقل من فاز البلوري البديل في درجات حرارة وضغوط معينة، مما يجعلها مستقرة بشكل متعدي. هذا يعني أن الجسيمات المثالية يمكن أن tồnي لمدة مليارات السنين إذا لم تتغير الظروف المحيطة بشكل دراماتيكي. التطبيقات والمستقبل: من الفضاء إلى التكنولوجيا الأرضية اكتشاف الجسيمات المثالية الطبيعية ليس فقط مهمًا لعلوم الأساس ولكن له أيضًا تطبيقات تكنولوجية. الجسيمات المثالية المصنعة تم استخدامها في طلاء غير ملتصق، ألياف قوية، وواقيات الحرارة. الجسيمات المثالية الطبيعية قد توفر دليلًا حول كيفية إنتاج المواد الجديدة ذات الخصائص الفريدة. بالإضافة إلى ذلك، هذا الاكتشاف يفتح مجالًا جديدًا في علم الأسترومينيرولوجيا - دراسة المعادن في الفضاء. بعثات الفضاء مثل OSIRIS-REx و Hayabusa2 التي تقلل عينات الأسترويد قد تكتشف الجسيمات المثالية الأخرى. إذا تم اكتشاف الجسيمات المثالية في أسترويد آخر، فقد تكون علامة على تاريخ الصدمات في النظام الشمسي المبكر. الخلاصة: خطوة نحو فهم الكون اكتشاف الجسيمات المثالية في حجر كهرمان Khatyrka هو تحذير من أن الكون لا يزال يحمل العديد من المفاجآت التي تحدق بفهمنا. ما يعتبر مستحيلًا من قبل العلوم التقليدية يظهر في الواقع بشكل طبيعي. هذه الدراسة لاOnly تغير طريقة تفكيرنا في البنية الذرية ولكن أيضًا توفر صورة عن عمليات العنيفة التي شكلت الكواكب والأسترويد. كما قال البروفيسور ستاينهاردت، "الكون هو مختبر أكثر خيالية من أي مختبر بشري". هذا الاكتشاف يفتح الباب للبحث المستقبلي حول المواد الفريدة في الفضاء، وربما يؤدي في النهاية إلى تكنولوجيا لم تكن محتملة من قبل.