Текст книги "Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества"

До сих пор квазикристаллы создавались только в тщательно контролируемых лабораторных условиях, настолько безупречных, что они вряд ли могли быть воспроизведены в природе. Поэтому я был совершенно уверен, что другие ученые сочтут разговор о природных квазикристаллах полной ерундой. Объявят это невозможным. И для меня это было достаточной причиной, чтобы начать разрабатывать такую идею.

Часть II
Поиски начинаются

Глава 7
Превзошла ли нас природа?

Принстон, 1999 год

“Кто-нибудь когда-нибудь находил природный квазикристалл?”

Жизнерадостный седоволосый сотрудник поспешил к кафедре со своим вопросом, как только я закончил лекцию. Я тогда только приступил к работе на физическом факультете в Принстоне и решил посвятить свой первый доклад истории квазикристаллов. На тот момент прошло уже пятнадцать лет с тех пор, как мы с Довом Левином ввели это понятие.

Я не мог припомнить задававшего вопрос человека по факультетским собраниям и вскоре понял почему. Он представился как Кен Деффайес с факультета геолого-геофизических наук. Я был удивлен, что он пришел на мой доклад. Как правило, еженедельные коллоквиумы посещали только физики и астрофизики.

Вопрос мне понравился, поскольку демонстрировал понимание сути моей лекции. Я представил ряд новых теоретических аргументов в пользу того, что квазикристаллы могут быть такими же стабильными и легко растущими, как обычные кристаллы. Поэтому было естественно, что как геолог он захотел узнать, известно ли что-то об их существовании в природе.

– Нет, – ответил я. – Я раньше пытался наугад искать их в музейных коллекциях, но безуспешно. Однако, – добавил я с улыбкой, – у меня есть одна идея для их систематического поиска.

Глаза Кена расширились, и он попросил меня описать эту идею.

Я ответил ему, что она включает автоматизированный поиск по компьютерной базе данных, содержащей десятки тысяч дифракционных картин. Часть из них получена для синтетических материалов. Но почти десять тысяч – для природных минералов. Несколькими годами ранее я привлек аспиранта, чтобы тот снимок за снимком прочесал эту базу данных в поисках потенциальных квазикристаллов, однако его энтузиазм быстро угас. Позже я понял, что процесс проверки, вероятно, можно полностью автоматизировать. Можно сузить поиск с помощью компьютерной программы, получить образцы наиболее перспективных кандидатов и проверить их в лаборатории.

Кен счел это отличной идеей и сказал мне, что знает человека как раз для такой работы – талантливого студента по имени Питер Лу. Питер выигрывал золотые медали в соревнованиях “Камни, минералы и окаменелости” на четырех последовательных турнирах национальной научной олимпиады для школьников. Теперь он учился на физическом факультете, а это значит, пояснил Кен, что к следующему году ему предстоит найти тему для дипломной работы. У Питера также имелся опыт работы с электронным микроскопом, что могло пригодиться в случае обнаружения потенциальных квазикристаллов.

Кен также посоветовал мне связаться с Яо Нанем, директором Принстонского центра визуализации и анализа, специалистом по электронной микроскопии. Нань, по словам Кена, был одаренным учителем, наставником Питера. А еще он был высококлассным специалистом по получению дифракционных картин необычных материалов.

На следующий день Кен познакомил меня с Питером, который, похоже, идеально подходил для этой работы. Питер был энергичным и амбициозным студентом в поисках достойного проекта. Он был невысокого роста и, несмотря на молодость, говорил авторитетным тоном. На моей лекции он не присутствовал, но чувствовал, что услышал от Кена достаточно, чтобы уверенно говорить о проекте и своей квалификации.

Затем Питер и Кен позвали меня встретиться с Яо Нанем в Центре визуализации и осмотреть оборудование. Там были электронные микроскопы и масса других дорогих инструментов для изучения различных материалов. Оборудование предоставлялось ученым и студентам факультетов всего университета, а также экспертам из близлежащих промышленных лабораторий. Нань с энтузиазмом отнесся к нашему проекту и выразил готовность оказать нам любую помощь, включая гарантированное выделение времени для работы с электронным микроскопом Центра. Когда он показывал нам оборудование, я обратил внимание на его спокойную сдержанность и опыт и сразу понял, что он мог бы стать ценным членом команды.

Обзаведясь поддержкой Кена, Питера и Наня, я посчитал, что располагаю командой людей с необходимым сочетанием знаний и навыков, чтобы продвинуться в систематическом поиске природных квазикристаллов. Так я всерьез приступил к так долго откладывавшимся поискам.

Хотя таланты Питера касались в основном минералогии и экспериментальной физики, он быстро освоил основы квазикристаллической математики. Мы начали работу над компьютерным алгоритмом, который позволил бы на основании дифракционных картин, хранящихся в Международном центре дифракционных данных (International Centre for Diffraction Data, ICDD), оценить вероятность, с какой тот или иной минерал-кандидат может являться квазикристаллом.

ICDD – это некоммерческая организация, которая получает из лабораторий по всему миру информацию о материалах и их порошковых рентгенограммах. Та хранится в зашифрованной базе данных, а ученые и инженеры покупают подписку, чтобы получить к ней доступ. Обычно специалисты используют эту базу данных для сравнения изучаемых ими дифракционных картин с теми, что были получены ранее для известных материалов.

ICDD также предоставляет программное обеспечение для извлечения информации из своей базы данных, однако их программа оказалась слишком неудобной для наших целей. За раз она давала доступ только к одной порошковой дифрактограмме вместе с большим объемом описательной информации, которая в нашем случае была излишней.

Для проведения статистического анализа нам нужен был доступ только к самим порошковым дифрактограммам. Поэтому мы написали в ICDD, объяснили суть нашего проекта и попросили разрешения работать с расшифрованной версией их базы данных. Это позволило бы нам написать собственное программное обеспечение для извлечения необходимой информации и сжатия ее в один большой файл для нашего анализа. Мы не знали, чего ожидать, ведь мы просили особого доступа к их самому ценному ресурсу. Но они щедро предоставили нам все необходимое, даже не взяв за это денег.

Следующее препятствие на нашем пути состояло в том, что работать приходилось только с порошковыми дифракционными картинами. Если бы ICDD мог предложить нам дифрактограммы единичных зерен, то отделить квазикристаллические структуры (на следующей странице вверху слева) от кристаллических (справа) можно было бы за полдня.

ICDD не собирает дифракционные картины единичных зерен, поскольку для большинства материалов их просто нет. Чтобы получить высококачественную дифракционную картину отдельного зерна, требуется образец определенного размера и толщины. Для большинства изучаемых минералов и материалов подбирать образцы такого типа слишком сложно и долго.

Вместо этого ученые берут множество крошечных отдельных зерен, ориентированных под случайными углами друг относительно друга. Такой “порошок” из зерен может образоваться естественным путем, а может быть легко приготовлен измельчением одного или нескольких небольших образцов до порошкообразного состояния.

Под рентгеновскими лучами совокупность зерен порождает так называемую рентгеновскую порошковую дифрактограмму, которая объединяет дифракционные картины от всех зерен. Например, если все отдельные квазикристаллы дают четкую точечную дифракционную картину вроде той, что изображена внизу слева, то порошковая дифрактограмма будет похожа на ту, что представлена справа.

Порошковая дифрактограмма похожа на то, что вы увидели бы, если бы поместили четкую точечную дифракционную картину на диск проигрывателя и закрутили бы его так, чтобы каждая точка размазалась в кольцо. На рисунке слева в расположении точек четко видна симметрия десятого порядка. На порошковой дифрактограмме справа вся информация о симметрии потеряна. Остались только кольца разного радиуса и яркости.

Представьте, что у вас есть только правое изображение. Смогли бы вы определить, что оно получено для порошка из случайным образом ориентированных зерен, каждое из которых по отдельности дает рисунок, подобный тому, что представлен слева? Именно на этот вопрос мы и пытались ответить. Довольно удивительно, что, как выяснили мы с Питером, в радиусах и интенсивностях колец на рисунке справа все же содержится достаточно информации, чтобы идентифицировать потенциальные квазикристаллы и прийти к уже знакомому нам, похожему на снежинку узору, изображенному слева.

Диаграмма на следующей странице суммирует все то, что нам удалось обнаружить. На графике сопоставляются два свойства, которые мы вычисляли для каждой порошковой дифракционной картины из каталога ICDD. По горизонтальной оси отложено, насколько близки кольца на порошковой дифрактограмме образца к идеальному набору радиусов безупречного икосаэдрического квазикристалла. По вертикальной оси отложено, насколько хорошо соответствуют друг другу их интенсивности.

Два серых квадрата в нижней левой части диаграммы представляют два известных синтетических квазикристалла, которые уже были в каталоге ICDD. Получается, что на деле эти два квадрата настолько близки к совершенству, насколько это возможно. Если бы порошковая дифрактограмма природного минерала имела показатели, близкие к этим квадратам, резонно было бы ожидать, что это квазикристалл, каждое зерно которого дает точечную дифракционную картину.

Точки на диаграмме представляют результаты, полученные для более чем девяти тысяч минералов и оказавшиеся слишком далеко от серых квадратов, чтобы считать эти образцы многообещающими кандидатами. Кружки представляют минералы, порошковые дифракционные картины которых попадают ближе всего к квадратам, что наводит на мысль о потенциальных квазикристаллах.

Кружки соответствовали минералам, которые нам с Питером предстояло теперь найти и доставить в нашу принстонскую лабораторию для дальнейшего изучения. Как только образец поступал, его нарезали на тонкие слои и изучали под электронным микроскопом, чтобы определить, является ли он истинным квазикристаллом.

Когда подошел к концу последний год обучения Питера в Принстоне, он представил результаты своего труда в качестве дипломной работы. По традиции группа сотрудников факультета устраивает “прожарку” выпускников, дотошно расспрашивая их, чтобы проверить степень знакомства с предметом. Однако Питер решил немного пошутить и сам вызвался одним из тех, кто будет жарить. В буквальном смысле.

Часть времени формальной защиты своего дипломного проекта Питер посвятил тому, чтобы развлекать присутствующих приготовлением стейка с кровью на специальной сковороде с покрытием из квазикристаллического металла. Использование синтетических квазикристаллов в качестве антипригарного покрытия было одним из первых коммерческих применений новой формы вещества. Это покрытие было придумано и запатентовано французским исследователем квазикристаллов Жаном-Мари Дюбуа с коллегами. Французский производитель продавал такие сковородки под торговой маркой Cybernox.

Квазикристаллическая поверхность была скользкой, как популярное тефлоновое антипригарное покрытие, но гораздо более прочной. Питер смог обжарить свой стейк без использования масла, демонстрируя, что к квазикристаллической поверхности ничего не прилипает. Он завершил демонстрацию, нарезав стейк острым ножом прямо на сковороде, чего никто не стал бы делать на тефлоновом покрытии. Питер показал, что на поверхности не возникло никаких повреждений из-за твердости квазикристаллического материала. А вот о ноже для стейка сказать то же самое было нельзя – на поверхности сковороды остались заметные куски металлической стружки.

Питер также представил подробности нашего поиска по каталогу ICDD. Он объяснил разработанный нами алгоритм поиска и рассказал о кандидатах, свойства которых нам удалось изучить. Природного квазикристалла найти не удалось. Но сами попытки собрать и протестировать нужные минералы оказались серией приключений с массой забавных накладок.

Например, спустя несколько месяцев напряженной работы мы наконец сумели добыть образец одного из наших лучших кандидатов. Размером он был всего несколько дюймов. Однако для исследования под электронным микроскопом нужен был шлиф толщиной меньше человеческого волоса.

Процедура нарезки требовала специального оборудования, которого в Принстоне не было. Поэтому мы договорились отправить образец в лабораторию Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). Мы ожидали получить из лаборатории тонкий срез вместе с оставшейся частью образца. Если бы на этом шлифе нам удалось найти квазикристалл, остальная часть образца была бы чрезвычайно ценна для дальнейших исследований и в итоге стала бы важнейшим экспонатом в музее.

Но когда из UCLA пришел пакет и я открыл коробку, в ней обнаружился только один сверхтонкий шлиф. Что же случилось с остальной частью редкого образца, который мы с таким трудом добыли?

Я бросился звонить в UCLA, чтобы выяснить, когда они вышлют нам остаток образца. В итоге я дозвонился до техника, который занимался нашим заказом, и он жизнерадостно сообщил: “А мы думали, что вам нужен только один шлиф, и все остальное выкинули”.

Я был в ужасе. Насколько нам было известно, это мог оказаться единственный в мире образец данного минерала. Если бы мы исследовали срез и обнаружили, что он содержит первый природный квазикристалл, нам пришлось бы жить дальше с осознанием того, что 99,99 % редкого материала было выброшено в мусорное ведро. Следующие несколько часов мы нервно ждали, пока Яо Нань проверит тончайший шлиф. Когда он сообщил, что образец оказался пустышкой, мы с Питером покинули лабораторию со странной смесью разочарования и облегчения.

В итоге все минералы, которые мы выявили, добыли и проверили, тоже оказались бесполезными. Через год после того, как Питер защитил свой проект, мы опубликовали статью о нашем эксперименте в Physical Review Letters, описав алгоритм компьютерного поиска и нашу длинную цепочку неудач.

Мы пришли к выводу, что недостаток нашего подхода состоял в том, что качество данных, собираемых ICDD из различных лабораторий по всему миру, было неодинаковым. В результате наш алгоритм автоматического поиска давал много ложных срабатываний. Мне пришлось принять тот факт, что до обнаружения настоящего природного квазикристалла нам предстоит пережить еще много разочарований.

Питер с отличием окончил Принстон и отправился в Гарвардскую аспирантуру, чтобы изучать совершенно другие темы. Хотя он больше не участвовал в моих поисках природных квазикристаллов, он сохранил живой интерес к красоте квазикристаллических мозаик. Еще в бытность Питера студентом мы с ним иногда говорили о том, что Пенроузу удалось построить квазикристаллическую мозаику, не зная о ее скрытом квазипериодическом порядке. В принципе, предполагали мы, квазипериодические мозаики могли быть непреднамеренно созданы кем-то и до Пенроуза. Перспективным казалось искать их среди исламских мозаик, поскольку многим исламским культурам были присущи глубокие знания в области математики и интерес к геометрическим узорам.

Спустя годы, когда Питеру выпал шанс съездить в отпуск в Бухару (Узбекистан), он нашел там множество примеров периодических узоров, включавших десятиконечные звезды как часть повторяющегося мотива. Это наблюдение по возвращении домой вдохновило его на поиск по каталогам исламских мозаик. Многие мозаики были похожи на те, что он видел в Бухаре, – периодические узоры с правильно расположенными пяти– и десятиконечными звездами. Однако образец, найденный в мавзолее Дарб-и-Имам в Исфахане (Иран), памятнике с надписью, датированной 1453 годом, не поддавался простому описанию (см. рисунок вверху).

Вскоре после этого Питер обратился ко мне за помощью в анализе этой сложной мозаики. Мы преобразовали фотографию в точный геометрический узор, состоящий из трех форм – так называемых плиток гирих, как показано на следующей странице. Проанализировав узор, мы обнаружили, что он почти идеально квазипериодический, за исключением небольшого процента ошибок, которые могли быть связаны с более поздними реставрациями. Мало того, мы выяснили, что для этого узора можно построить бесконечное расширение, используя своего рода дефляцию – правило разделения, которое было намного сложнее аналогичного правила для плиток Пенроуза.

К сожалению, нет никаких сведений о том, как мастера Дарб-и-Имама создали этот сложный узор. Об этом можно лишь гадать, основываясь на фрагментах, сохранившихся по сей день в святыне. Хотя дизайн предполагает некоторое понимание правила дефляции, которое выявили мы с Питером, не нашлось никаких признаков того, что мастера применяли какие-либо правила соответствия. На сегодня не известно другой исламской мозаики с таким количеством сохранившихся плиток, которая была бы столь безупречно квазипериодической.

Проект с исламской мозаикой стал увлекательным отступлением в область искусства и археологии, но я не был готов отказаться от своих поисков природного квазикристалла. Я все еще надеялся, что кто-то откликнется на нашу с Питером статью, в которой описывался наш поиск по каталогу ICDD.

В заключительном абзаце той статьи мы предложили поделиться оставшимся списком потенциальных кандидатов, которые мы не смогли изучить, с любым желающим присоединиться к поиску: “Заинтересованным предлагается связаться с П. Дж. Л. и П. Дж. С. [Питером и Полом]”.

Мы надеялись, что это приглашение послужит своего рода научным приводным маяком. Но никто не отвечал на наш призыв о помощи… никто… целых шесть долгих лет. А затем…

Глава 8
Лука

Принстон, Бостон и Флоренция, Италия, 2007 год

31 мая 2007 года мы с Питером Лу получили электронное письмо от итальянского минералога Лу́ки Бинди. Мы были застигнуты врасплох. Никто из нас не слышал раньше о Луке. Однако он о нас, очевидно, знал.

Лука занимался изучением особого класса минералов, известных как несоразмерные кристаллы. Их атомы расположены квазипериодически, подобно квазикристаллам, но таким образом, что соблюдаются давно установленные правила Гаюи и Браве, нарушаемые в квазикристаллах.

Изучая эту тему, Лука наткнулся на нашу статью, описывающую методичные поиски природных квазикристаллов. Он обратил внимание, что мы приглашали потенциальных коллег связаться с нами, и решил воспользоваться этим предложением.

Лука представился как руководитель отдела минералогии в Музее естественной истории Флорентийского университета. Он вызвался изучать любые потенциально квазикристаллические минералы, которые найдутся во вверенной ему музейной коллекции.

Другими словами, подумал я, этот итальянский ученый, о котором я ничего не слышал, готов стать волонтером в сумасбродной затее пары американских ученых, с которыми он никогда не встречался и чьи поиски природных квазикристаллов не дали осязаемых результатов за последние восемь лет. Кто же он такой? Я был заинтригован.

К тому времени Питер стал перспективным аспирантом в Гарварде и работал над проектами, не связанными с квазикристаллами. Он сомневался, следует ли нам работать с этим незнакомым ученым. А я подумал: почему нет?

Лука, как и я, почти сразу стал одержим поисками природных квазикристаллов. Хотя он был спортивным и любил проводить время на свежем воздухе, ему хватало терпения на то, чтобы бесчисленные часы в одиночестве работать в лаборатории, даже если шансы на успех были мизерными.

Мы с Питером начали с отправки Луке нашего списка основных кандидатов в квазикристаллы по данным каталога ICDD. Лука занялся поиском образцов из нашего списка в коллекции своего музея и тщательным их анализом. Однако ничего интересного из этого не вышло. На протяжении следующих нескольких месяцев он регулярно высылал мне негативные результаты. Неудача за неудачей.

В какой-то момент я высказал Луке предположение, что по сравнению с земными минералами “метеориты кажутся более перспективными, поскольку включают разнообразные чистые металлические сплавы, и мне хотелось бы вместе поработать над ними”. Как позднее выяснилось, это была пророческая идея. Однако Лука не поддержал тогда мое предложение, возможно, потому, что он был минералогом и метеориты находились вне поля его профессиональной деятельности.

Именно в тот период постоянный обмен сообщениями между мной и Лукой начал перерастать в глубокую дружбу, проверенную с самого начала непрекращающимися разочарованиями, которые он испытывал в лаборатории. Наше взаимоуважение основывалось на науке и подпитывалось ежедневными электронными письмами и чатами в “Скайпе”.

Флоренция и Генуя, Италия, 3 ноября 2008 года

После более чем года разочаровывающих результатов Лука внезапно и по собственной инициативе сделал то, что и должен был сделать любой толковый ученый. Он отказался от неудачной стратегии и переключился на новую.

Хотя файл с данными ICDD, который мы с Питером использовали для первоначального анализа, содержал дифракционные картины для тысяч минералов, имелись некоторые редкие и недавно обнаруженные природные минералы, которые еще не были в него включены. Лука решил нацелиться именно на эти минералы. Он еще сильнее сузил круг поиска, сосредоточившись на тех из них, что содержали металлические алюминий и медь – сочетание элементов, которые в то время были комбинацией, используемой при создании многих синтетических квазикристаллов.

В начале ноября 2008 года я поехал в Италию на ежегодный фестиваль науки в Генуе. Меня пригласили рассказать о научно-популярной книге “Бесконечная Вселенная”. Мы с физиком Нилом Туроком написали ее, чтобы познакомить широкую публику с разработанной нами циклической теорией Вселенной. Циклическая теория – ведущая альтернатива инфляционной модели, в разработке которой я также принимал участие несколькими десятилетиями ранее, но которую больше не считаю жизнеспособной.

Я уже некоторое время не получал от Луки никаких вестей. Поэтому и не потрудился сообщить ему, что на неделе буду в Италии. Прогуливаясь по площади Сан-Лоренцо перед отелем в поисках хорошего итальянского кофе, я почувствовал вибрацию моего BlackBerry. Это был Лука. Открывая сообщение, я ожидал извещения об очередной неудаче. Но вместо этого электронное письмо начиналось так:

Я изучил музейный образец (из минералогической коллекции музея), помеченный как “хатыркит” (CuAl₂). При предварительном исследовании с помощью SEM [сканирующего электронного микроскопа] я понял, что этот образец на самом деле состоит из четырех различных фаз, а именно купалита (CuAl), хатыркита (CuAl₂), неизвестной фазы состава CuFeAl и, наконец, фазы со стехиометрическим составом Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ (в нормировке на 100 атомов).

Остаток сообщения был посвящен последней упомянутой фазе – минералу, который Лука описал химической формулой Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅, означающей 65 % алюминия, 20 % меди и 15 % железа.

Образец, о котором он упоминал, представлен на следующей странице. На фото слева он находится в оригинальной пластиковой коробке, а рядом для масштаба положена монета достоинством в пять евроцентов. Бо́льшая часть того, что вы видите внутри коробки, – это комок замазки, удерживающий камень на месте, чтобы он не ударился и не разбился при перемещении. Сам образец поперечником всего около трех миллиметров (показан в увеличенном масштабе справа) был закреплен кусочком замазки за свой краешек.

На этом снимке с монетой в пять евроцентов я впервые увидел крошечное зернышко, с которого предстояло начаться грандиозному приключению.

Надпись на коробке с образцом гласила: Khatyrkite (хатыркит). Это кристаллический минерал, состоящий из CuAl₂ (один атом меди на каждые два атома алюминия). Хатыркит был внесен в официальный каталог Международной минералогической ассоциации, то есть его состав и периодическая структура уже были известны, а свойства тщательно измерены и задокументированы. Образец был зарегистрирован в официальном каталоге музея Флоренции под номером 46407/G. Этикетка на пластиковой коробке по неизвестной причине включала также номер 4061 со словом Khatyrka (Хатырка – название реки на Дальнем Востоке России) и надписью Koriak Russia, отсылавшей к Корякскому нагорью на границе Камчатки и Чукотки.

На снимке крупным планом видно, что зерно содержит сложный конгломерат минералов. Лука обнаружил, что части посветлее включали обычные минералы, такие как оливины, пироксены и шпинели. Более темный материал состоял в основном из сплавов меди и алюминия. На коробке стояла пометка “Хатыркит”, потому что писавший этикетку считал кристалл CuAl₂ тем компонентом, который делает образец достойным внимания.

Лука уже разрезал минерал слоями, чтобы изучить его состав. Он сделал шесть тонких шлифов, каждый толщиной с человеческий волос. Однако для изготовления этих шлифов Лука вынужден был пожертвовать большей частью образца. Девяносто процентов того, что в конечном итоге оказалось чрезвычайно ценным образцом минерала, было уничтожено. На рисунке ниже изображен тонкий шлиф, о котором Лука взволнованно рассказывал в своем электронном письме.

На черно-белом изображении видна смесь разных материалов, словно перемешанных случайным образом. С помощью электронного микрозонда, который бомбардирует образец узким пучком электронов для измерения химического состава, Лука смог идентифицировать большинство минералов шлифа. Каждая точка на изображении соответствует отдельному замеру.

Белые точки соответствуют местам, где Лука нашел хатыркит, CuAl₂ (как уже упоминалось, это один атом меди на каждые два атома алюминия). Черные точки соответствуют другому редкому кристаллу, известному как купалит, CuAl, – это смесь атомов меди и алюминия в соотношении 50 на 50.

Затем он нашел несколько поистине загадочных участков. Треугольники обозначают области со смесью атомов алюминия, меди и железа примерно в равных пропорциях, какой не встречается нигде в официальном каталоге природных минералов Международной минералогической ассоциации. А квадратики – это Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅, еще один вариант состава, которого не было в каталоге.

Лука стремился изолировать два загадочных минерала, соответствующих треугольникам и квадратикам, чтобы получить для них порошковые дифракционные картины и идентифицировать их. Для этого он пошел на большой риск и использовал специальный инструмент, чтобы выдавить эти участки. Операция потребовала исключительной зрительно-моторной координации, поскольку участки были микроскопическими, а шлиф – тонким, как волос. Луке удалось собрать материал. Но остальная часть хрупкого среза была уничтожена в процессе.

В результате ценная информация о том, как различные минералы были связаны друг с другом, оказалась утрачена. Надо сказать, Лука в то время не понимал, насколько редким и важным окажется этот образец и насколько ценной могла бы стать эта информация. Его единственной целью было как можно скорее выделить отдельные зерна минерала, чтобы по рентгеновской дифрактограмме определить, являются ли они перспективными кандидатами в квазикристаллы.

Когда процесс был завершен, все, что осталось от исходного образца, – это два крошечных пятнышка материала, которые Лука приклеил на кончики пары тонких стеклянных волокон. Но, хоть они и были крошечными, Луке хватило их для получения порошковой рентгеновской дифрактограммы.

Лука сравнил результаты с опубликованными данными для синтетических квазикристаллов – и перспективы его очень взволновали. Но у него еще не было уверенности, что это не совпадение. У него не было разработанной нами с Питером компьютерной программы, необходимой для выполнения сложных проверок, и он не мог определить вращательную симметрию в расположении атомов, основываясь только на порошковой дифрактограмме. Это была та же проблема, с которой мы с Питером столкнулись, работая с базой данных ICDD.

Через несколько минут после прочтения электронного письма Луки я отправил его данные порошковой дифракции Питеру для немедленного изучения. Проверка должна была дать точное количественное сравнение порошковой дифрактограммы образца с данными, которые мы ожидали получить от природного квазикристалла. Пока результаты не были известны, радоваться находке Луки было рано.

Два дня спустя я вернулся в Соединенные Штаты и получил первые результаты. Судя по тесту, вероятность того, что зерна с квадратиками содержат природный квазикристалл, была достаточно высока. Но праздновать было еще рано. Как я пояснял Луке, “хороший шанс” – это еще отнюдь не доказательство. В прежних наших с Питером исследованиях не было ничего, кроме ложноположительных результатов. Прежде чем с уверенностью говорить об обнаружении природного квазикристалла, требовалось выполнить дополнительные проверки.

На тот момент, однако, оставалось всего две крошечных крупинки исходного камня. Быстрый поиск других образцов хатыркита в коллекциях неподалеку от Флоренции и Принстона результатов не дал. Так что у нас не было выбора, кроме как сосредоточиться на тех крупинках, которые уже были у нас в руках. У Луки в лаборатории не было высокоточных инструментов, необходимых для проведения окончательных проверок оставшегося материала. Но у меня был доступ к нужному оборудованию, а также выход на лучшего специалиста для проведения таких анализов. Я обратился к Яо Наню, директору Принстонского центра визуализации и анализа.

11 ноября 2008 года, спустя примерно полтора года с начала нашего с Лукой сотрудничества, из Флоренции в мой кабинет доставили пластиковую коробку. В ней находились два небольших латунных цилиндра, в которых хранят образцы для экспериментов по порошковой дифракции. В каждом цилиндре было тонкое стекловолокно. И на торце каждого стекловолокна была приклеена почти невидимая крупинка темного материала.

Я хотел убедиться, что образец доставлен в целости и сохранности. Помню, как открывал упаковку, вынимал пластиковую коробку и сильно прищуривался, стараясь понять, могу ли я разглядеть крупинки на концах волокон. Студенту, который был в тот момент в моем кабинете, я объяснил, что потратил больше десяти лет на поиски природного квазикристалла и надеялся, что если найду его, то он будет размером хотя бы с речной камешек.

– Будет ужасно досадно, – сказал я, – если первый обнаруженный природный квазикристалл мне даже не удастся разглядеть!