新發(fā)現(xiàn)！科學(xué)家在廣島原子彈爆炸遺跡發(fā)現(xiàn)一種奇怪的新物質(zhì)

在日本廣島的沙灘中，有著一批肉眼幾乎難以分辨的玻璃質(zhì)微粒。

它們只有普通沙粒大小，但這些是原子彈爆炸火球冷卻后凝結(jié)而成的沉降碎屑，它們被研究者命名為“廣島石”。

2026年7月29日，意大利佛羅倫薩大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表研究：在一粒廣島石內(nèi)部，他們發(fā)現(xiàn)了一種人類從未記錄過(guò)的多組元金屬合金。

1945年8月6日，原子彈在廣島上空約600米處引爆，爆炸釋放的能量相當(dāng)于1.5萬(wàn)噸TNT炸藥，爆炸瞬間形成的火球核心溫度超過(guò)7000攝氏度，比太陽(yáng)表面的5500攝氏度還要高出一千多。

在如此極端的高溫下，城市里的鋼架建筑、玻璃門窗、屋頂瓦片、地表土壤甚至空氣中的水分，全都在瞬間汽化，甚至被電離成等離子體。

但汽化的物質(zhì)并沒(méi)有憑空消失。

隨著火球迅速膨脹擴(kuò)散，溫度在幾秒內(nèi)急劇下降，氣態(tài)的各類物質(zhì)來(lái)不及重新分層分離，于是凝結(jié)成無(wú)數(shù)細(xì)密的熔融液滴，最終凝固成玻璃質(zhì)的微小顆粒，它們隨著氣流最終散落在廣島沿岸。

根據(jù)此前的同位素研究測(cè)算，火球中的硅酸鹽物質(zhì)從近3000攝氏度冷卻到700攝氏度、完成凝結(jié)固化的全過(guò)程，僅用了1.7到5.5秒，就在這短短幾秒里，城市里原本互不相干的元素被強(qiáng)行混合，封存在了一顆顆微米級(jí)的玻璃狀物質(zhì)內(nèi)。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)室很難復(fù)刻這種瞬間超高溫、極速冷卻的極端環(huán)境，而爆炸留下的微小顆粒，恰好天然記錄了極端條件下物質(zhì)的演化規(guī)律。

研究團(tuán)隊(duì)一共檢查了34塊廣島石樣本。

在掃描電子顯微鏡下，大部分顆粒以硅酸鹽玻璃為主要成分，它們只夾雜著極少量的金屬雜質(zhì)。

但其中一塊樣本格外特殊：它的內(nèi)部零散分布著許多細(xì)小的金屬顆粒，總占比僅為整個(gè)球體體積的1%到3%，如同一座座金屬小島漂浮在玻璃構(gòu)成的海洋中。

這些金屬顆粒形態(tài)各異，有的是表面光滑的液滴狀，有的則是不規(guī)則的碎塊，更有部分還沿著玻璃的流動(dòng)紋理成串排列，它們就像當(dāng)時(shí)的記錄者，記錄下了熔融狀態(tài)下金屬與玻璃互不混溶、被氣流裹挾凝固的瞬間。

研究人員用極細(xì)的探針從樣本里挑出4顆直徑約8到10微米的金屬顆粒，這個(gè)尺寸大約只有頭發(fā)絲直徑的八分之一，與人體紅細(xì)胞大小相近。

成分分析顯示，其中三顆都是常見(jiàn)的鐵鉻基合金，原子排列為常規(guī)的體心立方結(jié)構(gòu)，和普通鋼材的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有區(qū)別。

直到第四顆顆粒的出現(xiàn)，它打破了所有常規(guī)認(rèn)知。

這顆顆粒的成分中，鐵占了六成以上，其次是約15%的鉻、9%的鎳，還有少量錳、鉬與鋁，額外含有約7%的硅元素。

基礎(chǔ)的鐵、鉻、鎳成分與城市建筑用的不銹鋼材質(zhì)同源，但額外的硅元素來(lái)自建筑玻璃、土壤中的硅酸鹽，是爆炸中多類物質(zhì)共同汽化混合的產(chǎn)物。

研究也明確排除了它來(lái)自原有工業(yè)合金的可能：常規(guī)冶金條件下，這種成分比例絕不會(huì)形成這樣的原子結(jié)構(gòu)。

元素的組成只差一點(diǎn)，但物質(zhì)的特性就可能天差地別。

這就好比碳原子構(gòu)成，排列松散會(huì)成為柔軟的鉛筆芯石墨，而排列規(guī)整的就是自然界最堅(jiān)硬的鉆石，原子的排布方式，從根本上決定了物質(zhì)的樣貌與性能。

研究團(tuán)隊(duì)用單晶X射線衍射解析了這顆顆粒的原子結(jié)構(gòu)，結(jié)果出乎所有人意料：它的原子排列成一種規(guī)則的立方結(jié)構(gòu)，屬于β-錳結(jié)構(gòu)的有序變體。

這種有序結(jié)構(gòu)此前多在金鋁化合物、錳基合金等少數(shù)體系中被觀測(cè)到，但在以鐵和硅為主的合金體系里，這是人類第一次發(fā)現(xiàn)這種原子排布形式。

而更耐人尋味的是它的微觀局部結(jié)構(gòu)：每個(gè)硅原子周圍，都被12個(gè)金屬原子包圍，形成一個(gè)略微變形的二十面體外殼。

這種局部原子團(tuán)簇的排布特征，與準(zhǔn)晶體十分接近。

準(zhǔn)晶體是一種原子排列沒(méi)有常規(guī)周期性、卻存在長(zhǎng)程有序規(guī)律的特殊物質(zhì)，此前曾在美國(guó)三一核試驗(yàn)的爆炸殘留物中被發(fā)現(xiàn)。

而這次發(fā)現(xiàn)的合金本身屬于常規(guī)周期晶體，但局部結(jié)構(gòu)已經(jīng)踏入了準(zhǔn)晶體近似相的范疇，相當(dāng)于站在了常規(guī)晶體與準(zhǔn)晶體的邊界地帶。

可為什么核爆炸總能催生這類特殊結(jié)構(gòu)的物質(zhì)？

核心答案就在極速冷卻四個(gè)字里。

在爆炸火球中，各種金屬和硅酸鹽全都被汽化成原子態(tài)，實(shí)現(xiàn)了充分均勻的混合。

當(dāng)溫度驟降時(shí)，熔融的微小液滴在極短時(shí)間內(nèi)凝固，原子根本來(lái)不及移動(dòng)到能量最低的常規(guī)位置，就被凍在了當(dāng)時(shí)的排列狀態(tài)。

每一滴小小的熔融液滴，都像一個(gè)獨(dú)立的微型反應(yīng)器，隨機(jī)封存了當(dāng)時(shí)的元素比例和原子結(jié)構(gòu)。

不過(guò)廣島的空爆和三一試驗(yàn)的條件并不相同。

三一試驗(yàn)的核彈架設(shè)在離地面僅30米的高塔上，爆炸與地面沙土充分作用，形成了大量熔融的玻璃殘片；而廣島原子彈在600米高空引爆，和地面的相互作用更弱，溫度、壓力的變化歷程也有差異。

正是這種不同的演化路徑，造就了不同的特殊物質(zhì)，一個(gè)誕生了真正的準(zhǔn)晶體，一個(gè)誕生了與準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)同源的有序合金。