Wenn eine Atombombe detoniert, entsteht eine einzigartige chemische Umgebung, die sich im Labor kaum nachbilden lässt – und inmitten der Zerstörung kann die Explosion etwas völlig Neues erschaffen.

Eine der verheerendsten Explosionen, die es je auf der Erde gab – der Atombombenabwurf auf Hiroshima im Jahr 1945 – brachte ein metallisches Material hervor, das zuvor weder im Labor noch in der Natur beobachtet worden war. Luca Bindi, Geowissenschaftler an der Universität Florenz in Italien, entdeckte die Legierung, als er mikroskopisch kleine Trümmerteile an den Stränden der Bucht von Hiroshima sammelte. »Selbst Jahrzehnte später kann ein Körnchen mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern auf detaillierte Weise Zustände dokumentieren, die nur Bruchteile einer Sekunde lang bestanden«, sagt er. »Diese Partikel sind nicht einfach nur geschmolzene Trümmer. Sie sind physikalische Archive der Explosion.«

Eine nukleare Explosion wirkt wie ein Blitzschlag oder ein Meteoriteneinschlag auf die Umgebung: Die Luft wird so heiß wie an der Sonnenoberfläche und kühlt dann schnell ab, wobei verschiedene Materialien verdampfen und auf eine Weise miteinander in Kontakt kommen, wie es normalerweise nicht der Fall wäre. Da all dies so schnell geschieht, haben verdampfte Metalle keine Zeit, sich wie üblich zu stabilisieren, und »jedes kleine Tröpfchen [wird] praktisch zu einem eigenständigen Experiment«, sagt Bindi.

In diesem Fall bildete eines von Tausenden oder vielleicht sogar Millionen solcher »Mikroexperimente« bei der Explosion in Hiroshima eine Metalllegierung, die hauptsächlich aus Eisen, Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän, Silizium und Aluminium bestand, vermischt in einem homogenen kubischen Gitter. Diese Material- und Strukturzusammensetzung ist bisher unbekannt – normalerweise würde sich diese Elementmischung zu einer einfacheren Kristallstruktur mit weniger Bestandteilen stabilisieren. Doch hier behält sie eine komplexe kubische Form bei.

Forschende haben bereits in der Vergangenheit neue Substanzen entdeckt, die durch nukleare oder andere extreme Bedingungen entstanden sind. Dazu gehört Trinitit, ein glasartiges Material, das beim Trinity-Atombombenversuch im Juli 1945 entstand. Trinitit enthält einen neuartigen, käfigartigen Clathrat-Kristall sowie Quasikristalle – seltene Materialien, die einst für unmöglich gehalten wurden und sich nicht wiederholende atomare Strukturen aufweisen. Quasikristalle wurden auch in Meteoriten entdeckt. Obwohl die in der Bucht von Hiroshima gefundene Legierung kein Quasikristall ist, kann ihre Struktur laut Bindi dazu beitragen, diese besser zu verstehen, da sie einigen der atomaren Anordnungen in quasiperiodischen Materialien ähnelt.

Diese in »Science Advances« veröffentlichte Entdeckung wirft Fragen darüber auf, welche Arten von Substanzen durch extreme Ereignisse entstehen können und ob es sich dabei um »isolierte Kuriositäten« oder um Teile einer »allgemeineren Materialklasse« handelt, fügt Bindi hinzu. »Sollte tatsächlich ein übergreifendes Muster in all dem existieren, könnten uns Trümmer aus atomaren Explosionen dabei helfen, Prinzipien der Materieentstehung zu enthüllen, die auch für Meteoriteneinschläge, Blitzeinschläge und andere gewaltsame Naturereignisse gelten.«

Die Erkenntnis spiegelt »eine weitgehend unberührte Welt« von Materialien wider, die unter thermodynamisch stabilen Bedingungen nur schwer herzustellen sind – und an Orten mit unspektakulärer Geschichte kaum zu finden sind, sagt Michael Widom. Er ist Physiker an der Carnegie Mellon University und war zwar nicht an der Studie beteiligt, hat aber in der Vergangenheit mit Bindi zusammengearbeitet. »[Bindi] erkennt zu Recht, dass man neue Materialien an ungewöhnlichen Orten finden muss, wenn man sie entdecken will.«