La bomba nuclear creó el primer cuasicristal de origen humano

Al amanecer del 16 de julio de 1945, la Tierra entraba en la era atómica con la detonación de Trinity, la primera bomba nuclear. De forma más discreta los humanos también iniciaron entonces una nueva fase en la historia de la geología aunque han tenido que esperar 76 años para confirmarlo: aquel día surgió el primer cuasicristal antropogénico. En estado natural, este tipo de material extremadamente raro solo se ha visto en meteoritos.

La ciencia sostenía hasta finales del siglo pasado que, dejando a un lado el vidrio (que no es un cristal) y las sustancias amorfas, toda la materia sólida conocida tenía una estructura cristalina. En los cristales, las moléculas y átomos se organizan siguiendo 230 patrones que se repiten de forma periódica, ni uno más y ni uno menos. Pero en 1982, el científico israelí Dan Shechtman descubrió algo que debería ser imposible. Mientras investigaba con aleaciones metálicas para su uso aeroespacial, creó sin pretenderlo un material que es tan organizado y estable como un cristal, pero su estructura interna, la forma en que sus átomos rellenan el espacio, sigue patrones no periódicos, como las teselas de los mosaicos de Penrose o la sucesión numérica de Fibonacci. Era el primer cuasicristal que se conocía. A Shechtman le costó más de dos décadas convencer a sus colegas. Al final, tuvieron que rehacer la teoría fundamental de la cristalografía y, en 2011, acabaron dándole el premio Nobel de química por descubrir los cuasicristales.

Pero los cuasicristales no los inventó Shechtman, existen desde hace mucho, quizá desde siempre. El mismo año que el israelí recibía el Nobel, su colega italiano Luca Bindi encontró en un meteorito caído en Siberia hace 15.000 años un material cuya simetría era la del icosaedro (el poliedro de 20 lados). Tras su reconocimiento oficial, se llama icosaedrita. Era el primer cuasicristal hallado en la naturaleza. Unos años más tarde, el propio Bindi descubrió otra estructura cuasicristalina en el mismo meteorito. Se llama decagonita, porque sus átomos ocupan el espacio mostrando una simetría decagonal. Y ahora el científico transalpino lo ha vuelto a hacer. Esta vez descubriendo el primero creado por los humanos.

“Las condiciones bajo las que los dos cuasicristales se formaron, probablemente en las colisiones entre asteroides en el espacio en los inicios del sistema solar, son comparables a aquellas producidas durante las explosiones atómicas”, dice Bindi. Por eso decidió estudiar el material que se formó durante la prueba Trinity. Aquel día de julio de 1945, la bomba creó un cráter de 1,4 metros de profundidad y 80 metros de ancho. La temperatura alcanzada superó los 1.500º y la presión osciló entre los 5 y los 8 gigapascales. Tales extremos vaporizaron la capa superficial de arena, fundiéndola. Ahí nació la trinitita, un material formado fundamentalmente por cuarzo y feldespato de color verde pálido. Algo similar sucedió en Hiroshima, donde buena parte de la ciudad acabó convirtiéndose en arena de playa.

Pero en el desierto de Alamogordo (Nuevo México EEUU), donde explosionó la primera bomba, hay otra trinitita más escasa que es de color rojo. El tono se lo presta el cobre presente. ¿De dónde obtuvo el metal? Con la arena, se fundieron y mezclaron también los cables de comunicaciones (hechos de cobre) y la torre metálica desde la que cayó la bomba. La primera trinitita es un vidrio, es decir amorfa. La segunda, la roja, es en la que Bindi acaba de identificar un cuasicristal, en una investigación publicada en PNAS. Este material, aún por nombrar tiene simetrías de base 2 y 3, como los cristales, pero también pentagonales, lo que lo descarta como tal.

La cristalógrafa de la facultad de ciencias de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) Victoria López-Acevedo recuerda que “es imposible que haya una distribución pentagonal que también sea periódica”. De ahí la relevancia del trabajo de Bindi, los cuasicristales son extremadamente raros y hay más de laboratorio que naturales identificados. “Eso se debe a las condiciones de estabilidad extremas. Los diamantes necesitan altas temperaturas y elevada presión y con los cuasicristales tienen ser mucho mayores”, detalla. De origen natural, además de los del meteorito, se ha teorizado que alguna de las fulguritas, los materiales sólidos generados tras la caída de un rayo, pudiera tener una estructura cuasicristalina.

Los cuasicristales son ‘cuasi’ porque la disposición tridimensional de sus átomos no es periódica como en el caso de los cristales

Carlos M. Pina, colega de López-Acevedo en el departamento de cristalografía y mineralogía de la UCM, dice que “no es descartable que el impacto del meteorito de Chicxulub [el que acabó con los dinosaurios] generara algún cuasicristal. De hecho, opina que “los cráteres de impacto son buenos lugares para buscar cuasicristales”. Pero también destaca que, siendo la icosaedrita y la decagonita de origen extraterrestre, “todavía no se ha encontrado ningún mineral cuasicristalino terrestre”. Podría ser el de la trinitita roja, pero ha sido creado por una bomba atómica de los humanos.

En cuanto a las implicaciones del hallazgo de Bindi, más allá la búsqueda de nuevos materiales que, como los cuasicristales prometen tener muchas aplicaciones, Pina subraya que este trabajo refuerza lo que sabe la ciencia sobre “una nueva forma de organización de la materia”.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter e Instagram, o apuntarte aquí para recibir nuestra newsletter semanal.