Una detonación nuclear, dos “rarezas” y una pista insospechada: así nació un cristal imposible en 1945

La prueba Trinity de 1945 —la primera explosión atómica de la historia— creó un cristal nuevo, y más de 80 años después un equipo internacional coordinado por Luca Bindi identificó en esa muestra un clatrato de calcio, cobre y silicio que no se había observado ni en la naturaleza ni como compuesto artificial, según la revista tecnológica Wired y el portal científico ScienceAlert.

El hallazgo, publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences, indica que las detonaciones nucleares pueden generar fases sólidas imposibles de obtener por métodos convencionales.

La explosión ocurrió a las 05:29 del 16 de julio de 1945 en el desierto de Nuevo México y liberó una energía equivalente a 21 kilotones de TNT. La detonación vaporizó una torre de ensayo de 30 metros y la infraestructura de cobre cercana, incluidos cables e instrumentos usados para registrar la prueba.

Ese material fundido se mezcló con asfalto y arena del desierto arrastrados hacia la nube en forma de hongo y dio origen a la trinitita, un vidrio de silicato hasta entonces inexistente. Fue en una variante roja de esa trinitita donde los investigadores localizaron la nueva estructura cristalina.

Qué es el clatrato hallado en la trinitita

Los investigadores analizaron la trinitita roja con difracción de rayos X e identificaron una diminuta gota metálica rica en cobre incrustada en la muestra. Dentro de ella hallaron un clatrato cúbico de tipo I formado por calcio, cobre y silicio, con rastros de hierro.

Un clatrato es un material con estructura de “jaula”: los átomos se ordenan de modo que pueden atrapar otros átomos o moléculas en su interior, indicó la revista tecnológica.

Esa arquitectura les da propiedades de interés tecnológico y por eso se estudian para conversión de energía, como materiales termoeléctricos capaces de transformar calor en electricidad, para nuevos semiconductores y para almacenamiento de gas e hidrógeno.

De acuerdo con el portal científico, el estudio sostiene que se trata del primer clatrato confirmado cristalográficamente entre los productos de una explosión nuclear. El equipo describió que “las condiciones extremas y transitorias producidas por detonaciones nucleares pueden generar fases de estado sólido inaccesibles para la síntesis convencional”.

Cómo la explosión atómica generó el clatrato

Las condiciones que permitieron la formación del nuevo material fueron extremas: una temperatura superior a 2.730 °F (1.500 °C), presiones de cinco a ocho gigapascales y un descenso rápido de ambas variables. Esa secuencia hizo posible que los átomos de la trinitita se organizaran en configuraciones inusuales y quedaran fijados por el enfriamiento acelerado.

De acuerdo con ambos medios, la misma muestra ya había dado otro resultado. En 2021, un equipo encabezado por Bindi identificó en la trinitita roja un cuasicristal rico en silicio.

Bindi explicó: “Su peculiaridad es que la disposición atómica, no periódica pero sí cuasiperiódica, crea simetrías de las que surgen propiedades físicas, que además son extremadamente difíciles de predecir”, compartió la revista. El nuevo trabajo examinó si ese cuasicristal podía derivar del clatrato, pero el modelado matemático indicó que en este caso la concentración de cobre era demasiado alta para sostener esa ruta.

Eso llevó a los autores a concluir que dos fases cristalinas muy distintas, formadas a partir de los mismos materiales y bajo las mismas condiciones extremas, surgieron de manera independiente dentro de la misma muestra. Los investigadores indicaron que los resultados “descartan una interpretación estructural simple basada en clatratos para el cuasicristal de Trinity y subrayan la naturaleza distinta de las fases ricas en silicio generadas en condiciones extremas”, señaló el portal.

Las aplicaciones del cristal hallado en la prueba Trinity

El trabajo también ofrece una respuesta directa sobre su alcance: identifica un material que no existía antes en la Tierra y aporta una vía para entender qué huellas dejan las explosiones nucleares sobre la materia.

Esa línea de investigación, conforme a ScienceAlert, puede ayudar a comprender mejor los efectos de los ensayos atómicos e incluso aportar herramientas forenses para investigar lugares donde ocurrieron detonaciones de este tipo.

Los autores añadieron que episodios de alta energía como las detonaciones nucleares, los rayos y los impactos hiperveloces funcionan como “laboratorios naturales” para producir materia cristalina inesperada y poner a prueba modelos estructurales fuera del alcance de la síntesis convencional, indicó el portal científico.