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物理学家发现广岛原子弹爆炸中诞生的此前未知物质

知新了了
2026-07-30 12:56·北京

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人类历史上最具破坏力的事件，似乎成了我们最奇特的化学实验室。

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1945年夏天，原子弹袭击了日本城市广岛和长崎。爆炸在几秒钟内就变成不断膨胀的火球，彻底改变了地貌——其影响如此深远，以至于80年后，科学家们仍在发现这场爆炸带来的意想不到的后果。

今天发表在《科学进展》上的一篇论文，详细介绍了在广岛原子弹爆炸中形成的一种此前未知的富硅合金。论文指出，这种晶体化合物是一种多组分合金，即由五种或更多主要金属元素混合而成。该研究的第一作者卢卡·宾迪，最近还主导了另一个项目，在曼哈顿计划“三位一体”核试验的残留物中发现了一种新晶体。这些极端事件锻造出了全新类型的化合物——不仅仅是简单的变形，而是具有独特组成的复杂结构。

“我们在广岛原子弹爆炸形成的一个微观球粒内部，发现了一种此前未知的富硅多组分合金，”意大利佛罗伦萨大学的地质学家兼晶体学家宾迪告诉媒体，“结合我们之前在‘三位一体’核试验碎片中的发现，[这一成果]表明，极端且快速骤冷的环境能够系统性地探索结构与化学相空间中不寻常的区域。”

极端高温

确实，广岛原子弹爆炸和“三位一体”核试验都代表了难以复制的极端环境，这既有显而易见的实际操作原因，也有伦理原因。但话虽如此，这两起事件的发生已经是历史事实，正如研究团队在论文中所写，它们所产生的条件“在本质上堪比超高速行星碰撞、陨石撞击和雷击”。

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当原子弹在广岛上空爆炸时，引爆产生了一个温度超过7000摄氏度的沸腾火球，瞬间将建筑、土壤、金属、玻璃和水汽化成一团混乱的等离子体漩涡。但破坏并未止步于此。根据论文，这一事件还产生了炽热的金属“液滴”，它们弥漫在空气中——被称为“广岛微粒”——最终沉降在这座被摧毁城市的每一个角落。

一件不寻常的遗迹

在发现“三位一体”核试验所造就的新型晶体后，宾迪和同事们猜想，广岛的沉降物是否也可能产生类似的东西。在这项最新研究中，团队通过显微镜和化学分析检查了34颗广岛微粒。然后，他们使用X射线衍射来确定所选样品的原子结构，这些样品的直径仅有10微米左右。（作为参考，人类红细胞的直径约为7.8微米。）

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在这些样品中，团队发现了一种微小的合金，包含多种金属，包括铁、镍、硅和铝——换句话说，这些元素来自核爆中被气化的建筑物残骸。宾迪向媒体解释说，尽管化学成分复杂，但其原子排列高度有序——而且还存在于一颗仅有几微米宽的微小颗粒中。他补充说，这表明“核爆炸可以制造出复杂、有序的晶体合金——而不仅仅是熔化或变形现有材料。”

核取证

与“三位一体”核试验相比，广岛原子弹的引爆高度要高得多，这导致两次事件中锻造出的晶体存在物理差异。宾迪解释说，值得注意的是，这些微小的化合物捕获了关于爆炸本身的大量细节，而爆炸本身只持续了几秒钟。从“核取证”的角度来看，这些化合物“编码了关于装置材料、局部环境以及引爆过程中的热化学条件的诊断信息”。

此外，根据论文，这类合金通常表现出卓越的机械强度、热稳定性或耐腐蚀性。因此，研究团队在论文中主张，考虑对这些极端事件进行“系统性、合乎伦理且受法律管理”的研究，或许是有一定价值的，因为这类研究确实可以推动我们理解历史事件以及自然界中未知的化学过程。

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