Prije mnogo godina sretoh na ulici nekog znanca, a on se odmah pohvali svojim najnovijim otkrićem: pronašao je, kaže, novu kristalnu klasu. Kako, pobogu, mislim si ja (dok me on zaispa Milllerovim indeksima i Schönfliessovim simbolima) kada su sve kristalne klase već odavno određene. Kažem „određene“ jer kristalne klase nisu otkrivene tako da su ih mineralozi pronašli u prirodi, u svijetu minerala i kristala, nego su izvedene čisto matematički, kao teorem iz aksioma. Pa sad...

Tajna se ubrzo razotkrila kad mi je pokazao model nove kristalne klase u izlogu trgovine, u kojem ga je izložio na radost vlasnika, koji je mislio, valjda, da će objavom epohalnog otkrića ispred svoga lokala poboljšati prodaju. Istog časa sam se snebio i povikao: „Simetrija pet!“ On me začuđeno pogleda, jer mu ništa nije bilo jasno. Uza sve Millerove indekse i Schönfliessove simbole koje je (čini se) naučio, nije naučio ono što se uči već na prvom satu kristalografije: simetrija petog reda u svijetu kristala nije moguća. (Razlog tome sasvim je jednostavan. Kada se u kristal slažu elementarne ćelije, kao cigle u zid ili pločice po podu, među njima ne smije ostati praznog prostora. Nitko ne proizvodi peterokutne podne pločice ili cigle u obliku peterostrane prizme!)

No dok je moj znanac od mene dobio pogrdu, jedan je drugi čovjek za isto otkriće – otkriće simetrije petog reda u svijetu kristala – dobio nagradu. I to Nobelovu!

Kako je to moguće?

Moguće je moguće, jer nije riječ o kristalima nego o kvazikristalima, simetričnim tvorevinama koje se pojavljuju u obliku ikozaedra. I kvazikristali se sastoje od ćelija, no one se – za razliku od kristalnih ćelija u (pravom) kristalu – ne ponavljaju. Za otkriće kvazikristala Daniel Shechtman, iz Tehnološkog instituta u Haifi, dobio je 2011. godine Nobelovu nagradu, nakon što je morao mnogo čega otrpjeti. „Daniele“, rekao mu je kolega – baš kao što sam ja rekao svome znancu s početka priče – pokazujući na udžbenik kristalografije što je stajao na polici, „zašto ne pogledaš i vidiš da je nemoguće.“

No u znanosti je vrlo nezahvalno govoriti da je nešto nemoguće, a „nemoguće“ se pojavilo i na nemogućem mjestu: kvazikristal je otkriven u kvazimineralu. To kažem zato što su minerali i stijene prirodne tvorevine, a ne tvorevine stvorene djelovanjem čovjeka, pa se mikrometarske čestice kvazikristala pronađene u trinititu, staklastoj tvari nastaloj na mjestu eksplozije prve atomske bombe (Trinity Test) ne mogu smatrati mineralom.

Kako pišu američki znanstvenici u članku „Accidental synthesis of previously unknown quasicrystal in the first atom bomb test“ objavljenom u časopisu Proceedings of the National Academy of Science, riječ je o tvari sastava (formule) Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂ koja je nastala u djeliću sekunde 16. srpnja 1945. od pijesaka (kvarc i feldšpati) te 30 metara visokog čeličnog tornja na vrhu kojeg se, povezana mnoštvom bakrenih vodova, nalazila prva atomska bomba. Pri njezinoj eksploziji 340 kilometara južno od Los Alamosa (New Mexico) nastao je, začudno, samo 1,4 metara dubok i 30 metara širok krater s površinom prekrivenom staklastom tvari, trinititom. U njemu su pronađene čestice svakojakih tvari, od više slitina bakra, olova, željeza, volframa, galija i tantala do minerala halkocita (Cu₂S), vrlo tražene bakrene rude. (Slitine su očito nastale od onoga što je bilo na tornju).

Iako je najviša temperatura pri eksploziji atomske bombe bila 8.000 ^oC, pokazalo se da je kvazikristal Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂ (crveni trinitit) nastao pri znatno nižoj temperaturi – 1.500 ^oC. No presudan je bio, čini se, tlak od 5 – 8 GPa (5 – 8 stotina tisuća bara). Pri sličnom uvjetima (1.200 ^oC, > 5 GPa) nastali su i kvazikristali u meteoritu Katirka. Sve drugo je tajna.

Iako uvjete pri kojem je nastao kvazikristal formule Si₆₁Cu₃₀Ca₇Fe₂ nije teško postići u laboratoriju (bez atomske bombe!), nije jasno kako i iz čega točno nastaje. Kako u laboratoriju reproducirati „smjesu“ pustinjski pijesak–čelični toranj–atomska bomba? I koje su i kakve kemijske reakcije dovele do crvenog trinitita i njegovih neobičnih, vrlo neobičnih kvazikristala?  Odgovor na ta pitanja ostavit ćemo budućim istraživačima – jer loše je istraživanje koje ne daje nove odgovore, a još je gore ono iz kojeg ne proizlaze nova pitanja.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.