Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества - Пол Стейнхардт

Высокий и сухопарый, он встал из-за стола, приветливо улыбнулся и ловко проскользнул ко мне мимо всех стопок, чтобы поздороваться. Мы обменялись любезностями, и он пригласил меня сесть. Я огляделся, не зная, куда податься, – даже стулья и небольшой журнальный столик в кабинете были завалены материалами исследований и мусором, оставшимся от предыдущих встреч. Чтобы освободить мне место, он быстро переложил все на пол.

Яо Нань (на снимке вверху он в лаборатории) знал, что я несу ему для исследования образцы, полученные от Луки. Я быстро протянул ему коробку и откинулся на стуле, чтобы понаблюдать за его реакцией. Нань пользуется большим уважением как член Американского общества микроскопии и в профессиональном плане всегда сохраняет хладнокровие и собранность. Но он явно был ошеломлен, когда заглянул внутрь и увидел, что придется работать всего с парой крупинок, каждая размером около десятой доли миллиметра. Я и сам тревожился из-за малого количества материала, а такая реакция заставила меня нервничать еще больше.

Как я и подозревал, все очень плохо, – подумал я.

По словам Наня, отделять эти крупинки от стекловолокна было рискованной задачей. Поэтому, прежде чем пытаться предпринимать действия, способные повредить образцы, мы решили посмотреть, что можно узнать, оставив их на месте. Для начала можно было на более точном оборудовании повторить те же измерения дифракции рентгеновских лучей, которые выполнял Лука, чтобы проверить, действительно ли образец такой многообещающий, как это следовало из первичных тестов.

Однако и спустя несколько недель наши собственные результаты все еще оставались неоднозначными. Хотя Нань использовал более совершенный инструмент, он не смог улучшить результаты Луки. Измеренные нами пики порошковой дифракции были примерно такими же, как у него. Мы подозревали, что проблема может заключаться в шаткости опор из стекловолокна. Они слишком сильно раскачивались, когда Нань вращал образец, и от этого картина дифракции рентгеновских лучей размывалась.

Мы думали над тем, чтобы снять крупинки со стекловолокна и разместить на новом, более жестком креплении. Но, как уже обсуждалось с Нанем, отсоединение крошечных образцов было рискованной операцией. Я считал, что если уж мы собираемся рискнуть, то должны использовать эту возможность по максимуму, а не просто переклеить образцы и повторить тот же тест. Стоило тогда сразу переходить к решающей проверке: дифракции проходящего потока электронов на отдельных зернах крупинки.

Преимущество просвечивающей дифракции электронов в том, что пучок электронов можно очень точно сфокусировать. Затем электронный луч направляется на крошечную часть одного-единственного из множества зерен, составляющих крупинку. В результате получается дифракционная картина, которая сразу ясно показывает симметрию в расположении атомов.

Подготовить наш образец к исследованию оказалось непросто. Требовалось снять крупинку со стекловолокна, разделить ее на множество отдельных микроскопических зерен, а затем отсортировать все эти зерна и найти такое, которое было бы достаточно тонким для прохождения электронного луча.

План Наня состоял в том, чтобы нанести каплю ацетона на кончик волокна, дать клею медленно размягчиться, а затем осторожно удалить отдельные крупинки материала по частям с помощью пинцета. Описание казалось обманчиво простым, но я знал, что это мучительно тонкая работа, требующая большого мастерства.

Я сел рядом с Нанем, когда он поднес пипетку к стекловолокну и осторожно выпустил крошечную капельку ацетона. Я затаил дыхание. Ацетон коснулся кончика волокна. И прямо на наших глазах вся крупинка внезапно исчезла.

Мы опешили. Предполагалось, что крупинка состоит из металлических зерен. Металлические зерна не растворяются в ацетоне. Что случилось? Мы оба замолчали в паническом замешательстве. Медленно пройдясь взглядом от кончика волокна вниз, мы вдруг почти одновременно ахнули.

Мы и не думали, что крупинка крепилась к волокну таким небольшим количеством клея, что крошечной капли ацетона, которую нанес Нань, хватит, чтобы полностью отделить ее от опоры.

Крупинка могла упасть на пол и подвергнуться загрязнению. Что еще хуже, едва заметная крупинка могла попросту потеряться. Но оказалось, что в тридцати сантиметрах под стекловолокном на столе стоял крошечный белый тигель размером и формой с чашку для куклы. Нань планировал складывать в него кусочки материала, которые собирался отделять пинцетом. Совершенно случайно тигель оказался точно под концом волокна.

Опустив взгляд, мы с Нанем увидели, что капля ацетона благополучно приземлилась прямо в центр чистого белого тигля – и в ней была целая россыпь металлических крупинок.

Крупинка порошкового материала, которая изначально была размером всего в одну десятую миллиметра, только что рассыпалась на сотни мельчайших зерен, и все они плавали в небольшой лужице ацетона. Нам предстояло подождать, пока ацетон испарится, а затем разместить частицы на специальной золотой сетке размером с небольшую монету, которая обычно используется для изучения порошкообразных образцов под просвечивающим электронным микроскопом.

Пучок электронов настолько тонок, что за раз можно исследовать только один участок одного зернышка. В идеале зерно должно иметь сплюснутую форму: широкую по двум направлениям, но очень тонкую в третьем – том, по которому предстоит идти лучу.

Глядя на крошечные зернышки нашего образца, мы с Нанем поняли, что бесполезно даже пытаться разрезать любое из них, добиваясь необходимой толщины, составляющей тысячную долю миллиметра. Нашей единственной надеждой было найти зерно, которое случайно оказалось достаточно тонким и ориентированным в подходящем для наших целей направлении.

К сожалению, продолжить мы смогли не сразу. В Принстоне начинались зимние каникулы, и Центр визуализации на это время закрывался. А на следующие два месяца, по словам Наня, все время на нужном нам микроскопе было уже зарезервировано.

Я не особо тешил себя надеждой на то, что в образце действительно окажется квазикристалл. Примерно десятью годами ранее мы с Питером Лу изучили несколько минералов с многообещающими порошковыми дифрактограммами – и ни один из них не выдержал решающей проверки на просвечивающем электронном микроскопе. Я полагал, что и этот образец исключением, вероятно, не станет. Но мне все равно не хотелось месяцами ждать, чтобы в этом убедиться.

Я спросил Наня, есть ли шанс проверить образец раньше. Он указал на единственное окошко в расписании на следующие два месяца: пять часов утра в пятницу, второго января. Ожидаемо, подумал я. Никто не хотел работать перед рассветом на следующий день после Нового года.

Однако неудобное время меня не обескуражило:

– Прекрасно! – сказал я. – Тогда и увидимся!

И как ни странно, он согласился.

Когда в 4:30 утра зазвонил будильник, температура в Принстоне стояла мерзкая – минус семь градусов. Закутавшись в свое самое теплое зимнее пальто и надев шапку и перчатки, я в темноте отправился в лабораторию визуализации на встречу с Нанем.

Пока я ехал на машине через город, мне внезапно подумалось, что мы с Нанем уже несколько недель назад зарезервировали время, но так и не подтвердили дату. Вдруг он забыл? – задавался я вопросом. Возможно,