На поиски квазикристаллов ушло много времени и сил, и не напрасно - их удалось найти и в природе, внутри минерала хатыркита. Этот минерал был обнаружен российским геологом Валерем Крячко в 1979 году во время научных работ, проводимых в районе русла реки Хатырка на Чукотке (Россия).
Космические кристаллы на Земле
Лишь через 30 лет, в 2009 году, за изучение этого малоизвестного и непривлекательного на вид минерала взялась группа американских исследователей под руководством Пола Штайнхардта. Первоначально они изучали ранее открытую ими единственную разновидность квазикристаллов — икосаэдрит. Он состоит из алюминия, железа и меди, атомы которых выстроены в виде двадцатигранника. В 2010 году квазикристалл был обнаружен внутри образца хатыркита.
Пытаясь выяснить, каким образом квазикристаллы сформировались в природных условиях, Штайнхардт и его коллеги «просветили» хатыркит при помощи электронного микроскопа и выяснили, что составляющие квазикристалла идеальным образом повторяют соотношение элементов в искусственных икосаэдритах. Это позволило им заключить, что хатыркит и кристалл икосаэдрита являются первыми известными науке природными квазикристаллами.
Как результат, в 2011 году Шехтман получил Нобелевскую премию по химии, пусть и почти с 20-летним опозданием.
Пытаясь выяснить, каким образом квазикристаллы сформировались в природных условиях, Штайнхардт и его коллеги тщательно изучили образцы хатыркита и выяснили, что квазикристаллы на самом деле попали на Землю из космоса. Судя по всему, они были частью метеорита, упавшего на нашу планету примерно 4,5 млрд лет назад.
В процессе изучения свойств минерала ученые обнаружили несколько дополнительных компонентов, которые полностью перевернули их представления о природе хатыркита.
По соседству с икосаэдритом ученые случайно обнаружили микроскопические вкрапления стишовита — особой формы оксида кремния. Данный минерал образуется при давлении, превышающем 100 тысяч атмосфер и при температуре в 1,5 тысячи градусов Цельсия. Такие условия существуют в глубинных слоях мантии, а также возникают при столкновении астероидов или при падении метеоритов.
Для однозначного определения происхождения квазикристалла ученые проанализировали содержание изотопов кислорода во фрагменте хатыркита. Как правило, земные и космические минералы содержат разные доли тяжелых изотопов кислорода, и по их соотношению можно определить «родословную» образца.
Оказалось, что данный кусок хатыркита практически полностью состоит из минералов, сформировавшихся в космосе. По расчетам ученых, схожий набор изотопов характерен для углистых хондритов — астероидов, составленных из углерода и других легких веществ. Неоднородности в химическом составе минерала подсказали геологам, что его возраст составлял около 4,5 миллиарда лет.
Начало нынешнего года ознаменовано тем, что ученые подтвердили: в России найден уникальный минерал, который попал на планету Земля из космоса. Так, в статье, опубликованной журналом Proceedings of the National Academy of Sciences, приводятся утверждения европейских и американских ученых, что от "нормальных" кристаллов квазикристаллы отличаются своей внутренней структурой, которая обладает осями симметрии разных порядков.
Квазикристаллы представляют собой особую форму организации материи, практически не встречающейся в природе. Называются они так потому, что их кристаллическая решетка имеет не только периодическое строение, но и обладает осями симметрии разных порядков, существование которых ранее противоречило представлениям кристаллографов. В настоящее время насчитывается около сотни разновидностей квазикристаллов.
Таким образом, единственный известный природный квазикристалл образовался в глубокой древности при крайне необычных условиях, полный перечень которых еще предстоит определить ученым.
Интересно то, что сложнейшие математические формулы обнаружены в узорах средневековых исламских художников. В Узбекистане на стене медресе найден узор, который в математике описан всего 30 лет назад. Естественно, возникает вопрос, каким образом о нем знали исламские художники 500 лет назад?
В мечети Дарб-и Имам (на фото) в Исфахане (Иран), ученые нашли и квазикристаллы - эти сложные математические фигуры.