TIM FIZIČARA sa Sveučilišta Paris-Saclay u Francuskoj je prvi zabilježio čudnu kombinaciju reda i kaosa poznatu kao "nemogući kristal" (kvazikristal), koja se spontano pojavila u zrncima na milimetarskoj skali.

Ako bismo za kristale kazali da su otjelovljenje elegancije i strukture, onda bismo kvazikristale opisali kao neuglednog brata ili sestru. Prvi ih je otkrio izraelski znanstvenik Daniel Shechtman, za što je 1996. dobio Nobelovu nagradu. On je još 1982. u umjetno stvorenoj slitini otkrio dvadesetostrani kristal u kojem su atomi bili spojeni u uzorak koji je nemoguće ponoviti.  

Do tada su znanstvenici mislili da atomski obrasci u kristalima moraju biti simetrični i da se moraju ponavljati, odnosno da kvazikristali ne mogu postojati, piše Science Alert. 

Neobična svojstva "nemogućih kristala" 

Kvaziperiodični kristali ili kraće kvazikristali su krutine čije se atomske strukture, za razliku od onih u uobičajenim kristalima, ne ponavljaju na regularan način sličan strukturama izgrađenim od cigli. Njihova je struktura uređena, ali nije periodična u smislu da se ponavlja na neki regularan način. 

Aperiodični mozaici, poput onih koji se nalaze u srednjovjekovnim islamskim mozaicima palače Alhambra u Španjolskoj, pomogli su znanstvenicima da shvate kako kvazikristali izgledaju na atomskoj razini. U tim mozaicima, kao i u kvazikristalima, obrasci su pravilni - slijede matematička pravila - ali se nikada ne ponavljaju.

Dok obične kristalne strukture izgledaju identično kada se translatiraju, odnosno pomaknu po određenim smjerovima, kvazikristali imaju simetrije koje su se nekad smatrale nemogućima. Kvazikristalni uzorak može kontinuirano ispunjavati sav raspoloživ prostor, ali mu nedostaje translacijska simetrija.

Zanimljiva značajka takvih uzoraka je da se matematička konstanta, poznata kao grčko slovo tau ili "zlatni rez", u njima javlja iznova i iznova. Primjerice, neki kvazikristali imaju pentagonalnu simetriju pa izgledaju isto ako se okrenu oko bilo koje osi rotacije za petinu punog kruga, što je inače svojstvo dvadesetostranog tijela, ikosaedra. 

Svojstva im se bitno razlikuju od svojstava klasičnih kristala. Unatoč tome što su metali, slabi su vodiči električne struje i topline, a također su tvrdi i kruti. Nakon otkrića njihovih zanimljivih svojstava počeli su se laboratorijski proizvoditi. Među ostalim, koriste se u superizdržljivim vrstama čelika, za izradu slojeva u tavama za prženje te u posebnim uređajima za emisiju svjetla, primjerice kao emitirajuće površine u LED-icama. 

Eksperiment s kuglicama i oklada

S obzirom na to da se u novije vrijeme otkriva sve više kvazikristala (i u laboratoriju i u prirodi), izgleda da njihova struktura nije toliko "nemoguća" kao što su fizičari nekoć mislili i da se može spontano formirati na različitim razinama. Stoga su znanstvenici počeli razmišljati o veličini čestica i uvjetima pod kojima bi se određene vrste materijala mogle same okupiti u kvazikristalni uzorak. 

Prvo su se bacili na računalne simulacije kako bi identificirali odnos veličina sfera i omjera malih i velikih čestica koje bi mogle formirati rasporede koji odražavaju kvazikristalnu simetriju. Zatim su na temelju simulacija odredili veličinu kuglica potrebnih za eksperiment. 

Stavili su u plitki spremnik 3840 čeličnih kuglica dvaju različitih promjera, jedne su bile nešto manje od 2.4 milimetra, a druge od 1.2 milimetra. Zatim su tresli spremnik brzinom od 120 puta u sekundi i snimali kako se formira raspored kuglica. 

Nakon tjedan dana trešnje znanstvenici su zabilježili značajnu mjeru pojavljivanja malih, lokaliziranih konfiguracija. "Pojavila se zanimljiva snimka", napisali su u svome izvješću. Naime, tim ipak nije očekivao da će tijekom eksperimenta primijetiti kvazikristale koji se formiraju u malim sustavima milimetarskih razmjera. 

Zapravo, kako navodi jedan znanstvenik koji je radio na istraživanju, teoretski fizičar Giuseppe Foffi - eksperiment je krenuo kao svojevrsna oklada. "Sve je krenulo kao oklada. Kolega je rekao da nećemo uspjeti, a ja sam onda kazao 'zašto ne probati, moglo bi biti zanimljivo'", rekao je Foffi.