Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества - Пол Стейнхардт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Под руководством Яо Наня, директора Принстонского центра визуализации и анализа, Чейни вскоре стал одним из лучших специалистов по электронной микроскопии на кампусе. У него хватало терпения и мастерства, чтобы извлекать точную и значимую информацию из наших крошечных образцов. К концу своей летней практики Чейни и еще один аспирант завершили третий проход по всему материалу. Они обнаружили еще два фрагмента метеорита, что стало для нас большим событием.
Чейни тогда решил продолжить участие в нашем исследовании параллельно со своей работой в области теоретической физики. Студентом он провел последние четыре года на восточном побережье в Нью-Йоркском университете. Но от родного ему Лос-Анджелеса в Чейни осталась столь характерная для калифорнийцев манера непринужденно держаться. Среди многих его положительных черт была способность воспринимать критику, не впадая в эмоции и не становясь в оборонительную позицию. Мои отзывы он всегда слушал с открытой улыбкой, а затем давал оригинальные и содержательные ответы. Я подумал, что он стал бы идеальным учеником для Линкольна, который пользовался на кампусе репутацией прекрасного, но требовательного наставника.
Когда я познакомил Чейни и Линкольна (см. фото ниже), они мгновенно нашли общий язык. Их сразу захватил детальнейший анализ всех составляющих зерна № 125, начиная с мест контакта силиката и хатыркита.
Вскоре Чейни совершил свой первый научный прорыв. Изучая зерно № 125 при помощи электронного микроскопа, он определил, что червеобразные нити в металлическом хатырките были почти чистым алюминием, чего прежде не встречалось ни в каком другом минерале. Обнаружение этого невозможного вещества вместе с невозможными сплавами металлического алюминия значительно увеличило загадочность метеорита Хатырка. Чейни предъявил нам с Линкольном доказательства наличия чистого алюминия в своей обычной сдержанной манере. Но по его улыбке до ушей было видно, что его переполняет гордость за это открытие.
Линкольн дал профессиональную интерпретацию полученному Чейни изображению, которое представлено вверху. Он отметил, что регулярная текстура из темных червеобразных алюминиевых нитей между каналами светлого хатыркита, содержащего одну часть меди на две части алюминия, – это верный признак того, что металлическое зерно каким-то образом полностью расплавилось, а затем быстро остыло.
По словам Линкольна, если исходный расплав содержал одну часть меди и чуть более двух частей чистого алюминия, то при его охлаждении и затвердевании естественным образом произошло бы разделение с образованием толстых полос хатыркита и тонких червеобразных нитей из излишков алюминия, что мы и наблюдали в зерне № 125.
Изучать с помощью электронного микроскопа силикатный материал – более темное вещество по другую сторону границы металл-силикат – было труднее. Когда Чейни и Линкольн впервые рассмотрели его под сканирующим электронным микроскопом и сделали химические пробы с помощью электронного микрозонда, они обнаружили необычный состав и текстуру, которые не смогли с ходу идентифицировать. Чейни под руководством Линкольна несколько недель бился над этой загадкой и применил множество творческих приемов. Но ничего не получалось.
В конце концов они решили, что проблема заключается в сильной изменчивости состава на крошечных расстояниях – всего в несколько межатомных дистанций. Микрозонд показывал лишь средний состав на гораздо большей площади, что приводило к размыванию мелкомасштабных вариаций. Нам нужно было найти другой экспериментальный подход, позволяющий обнаружить различия в составе, возникающие на очень малых расстояниях.
После консультации с Лукой Бинди и Яо Нанем мы разработали план использования специальной установки, известной как FIB (Focused Ion Beam), что означает “сфокусированный ионный пучок”. Нам предстояло провести рискованную хирургическую операцию, которую мы до тех пор не выполняли ни с каким другим зерном. FIB должен был отрезать и отделить ультратонкий срез загадочной области образца. Затем этот срез предстояло исследовать с помощью просвечивающего электронного микроскопа, который, в отличие от микрозонда, был достаточно мощным, чтобы измерять различия в составе на очень малых расстояниях.
На проведение нашей FIB-хирургии и выполнение необходимых измерений ушло целых шесть месяцев. Для подготовки образца понадобился опыт Яо Наня. Сначала он вместе со мной, Чейни и Линкольном внимательно рассмотрел крошечный образец. Затем исключительно аккуратно нанес на него чрезвычайно узкую полоску платины в строго определенном месте, где, по-видимому, состав обладал наибольшей вариативностью. Это место обозначено на предыдущем изображении пунктирной линией. Ширина нанесенной платиновой полоски составляла меньше сотой доли толщины человеческого волоса.
Затем образец был отправлен эксперту по FIB Джамилю Кларку в Hitachi High Technologies (Южная Каролина). Он сфокусировал интенсивный ионный пучок на образце и испарил материал, окружающий крошечную платиновую полоску Наня. Эта полоска имела достаточную толщину, чтобы отталкивать ионы, и поэтому материал, лежащий непосредственно под ней, гарантированно оставался нетронутым.
Пучок ионов создал вокруг платиновой полоски углубление. В нем осталась перегородка из метеоритного материала толщиной с паутинку, стоявшая в микроскопическом кратере подобно хрупкому крылу бабочки. С исключительной осторожностью Джамиль отделил этот тончайший фрагмент от остальной части образца и отправил все нам обратно.
Когда мы открыли упаковку, почти прозрачный срез был едва виден. Стоит чихнуть – и образец пропадет, подумал я. Как только мы изучили его под просвечивающим электронным микроскопом, стало сразу ясно, почему микрозонд никак не мог дать четкого представления о составе и текстуре образца. Вместо однородного слоя какого-то минерала перед нами предстал сложный мелкодисперсный хаос. И именно это направило нас к новой серии важных открытий.
Первоначально срез состоял из силикатного материала, который обычно содержится в матрице, окружающей хондры углистых хондритов. Но было одно существенное отличие. В данном случае изображение показывало, что силикатный материал расплавился, а затем быстро остыл. Похоже, история начинала складываться воедино, поскольку это соответствовало червеобразным алюминиевым нитям, найденным нами в другой части зерна, которые также указывали на расплавление и последующее быстрое остывание.
Поскольку охлаждение силиката произошло очень быстро, мелкодисперсный беспорядок, обнаруженный нами с помощью просвечивающего электронного микроскопа, оказался стоп-кадром древнего бурного процесса. Жидкость образовала реки и ручьи между остатками, которые не расплавились, и каждый поток быстро затвердевал, формируя структуры, похожие на лестницы (см. фото вверху).
Белые ступеньки этих лестниц состоят из стекловидного вещества – аморфного диоксида кремния. Но, что еще важнее, темные их ступеньки состоят из редкого минерала аренсита. Как и стишовит, который был обнаружен в другом нашем образце, аренсит образуется только при сверхвысоком
