A crystal with a ‘forbidden symmetry’ that was once thought to be impossible to form naturally has been found. The so-called quasicrystal was discovered in a 4.5 billion-year-old meteorite in a remote region of northeastern Russia. And studying it could help scientists find out how mysterious materials like this formed in the universe. Scientists at Princeton University, New Jersey studied an ancient meteorite (shown) and found a quasicrystal with a structure that it was once dubbed 'impossible'. It was thought such material could not naturally occur in nature because the crystal has a symmetry in which atoms shouldn't form . The discovery was made by a team from Princeton University, and is the second natural quasicrystal ever found - both in this meteorite. Prior to the team finding the first natural quasicrystal in 2009, researchers thought that the structures were too fragile and energetically unstable to be formed by natural processes. ‘The finding of a second naturally occurring quasicrystal confirms that these materials can form in nature and are stable over cosmic time scales,’ said Dr Paul Steinhardt from Princeton University. On the outside, quasicrystals are solid minerals that look like quite normal, but it is their inner structure that fascinates scientists. Instead of the regularly repeating clusters of atoms seen in most crystals, quasicrystals contain a more subtle and intricate atomic arrangement involving two or more repeating clusters. As a result, a quasicrystal’s atoms can be arranged in ways that are not commonly found in crystals, such as the shape of a 20-sided icosahedron with the symmetry of a soccer ball. The difference between crystals and quasicrystals can be visualized by imagining a tiled floor: Tiles that are six-sided hexagons can fit neatly against each other to cover the entire floor. But five-sided pentagons or 10-sided decagons laid next to each will result in gaps between tiles. The team published the findings in the journal Scientific Reports. Dr Steinhardt said the discovery raises the possibility that other types of quasicrystals can be formed in nature. Quasicrystals are very hard, have low friction, and don't conduct heat very well - making them good candidates for applications such as protective coatings on items ranging from airplanes to non-stick cookware. The newly discovered quasicrystal, which is yet to be named, has a structure that resembles flat 10-sided disks stacked in a column. This type of structure is impossible in ordinary crystals, in which atoms are packed closely together in a repeated and orderly fashion, earning it the ‘forbidden symmetry’ moniker. ‘The structure is saying '”I am not a crystal, but on the other hand, I am not random either,”’ Dr Steinhardt said. Crystals with these ‘forbidden symmetries’ had been created in the laboratory, but it wasn't until 2009 that Dr Steinhardt and his team reported the first natural quasicrystal, now known as icosahedrite, in a rock that had been collected years before in Chukotka, Russia. On the left, the top panel shows the symmetry of the first natural quasicrystal called icosahedrite. The lower panel shows the symmetry of the recently discovered quasicrystal, which has not yet been named. Right is the ordered yet non-standard pattern of the quasicrystal revealed by an electron beam . Crystals with these ‘forbidden symmetries’ had been created in the laboratory, but it wasn't until 2009 that Dr Steinhardt and his team reported the first natural quasicrystal, now known as icosahedrite, in a rock that had been collected years before in Chukotka, Russia (shown) The researchers confirmed that the quasicrystal originated in an extraterrestrial body that formed about 4.57 billion years ago - around the time our solar system formed. They published those results in the Proceedings of the National Academy of Sciences in 2012. ‘Bringing back the material and showing that it was of natural origins was an important scientific barrier to overcome,’ Dr Steinhardt said. This new quasicrystal was found in a different grain of the same meteorite and has 10-fold, or decagonal, symmetry. It is made up of aluminum, nickel and iron, which normally are not found together in the same mineral because aluminum binds quickly to oxygen, blocking attachment to nickel and iron. The researchers confirmed that the quasicrystal originated in an extraterrestrial body that formed about 4.57 billion years ago, which is around the time our solar system formed (artist's illustration shown) The researchers are now exploring how the mineral formed. ‘We know there was a meteor impact, and that the temperature was around 1,000 to 1,200 degrees Kelvin, and that the pressure was a hundred thousand times greater than atmospheric pressure, but that is not enough to tell us all the details,’ said Dr Steinhardt. ‘We'd like to know whether the formation of quasicrystals is rare or is fairly frequent, how it occurs, and whether it could happen in other solar systems. ‘What we find out could answer basic questions about the materials found in our universe.’
Scientists at Princeton University, New Jersey studied ancient meteorite .
They found a second quasicrystal with a 'forbidden symmetry'
It was thought such material could not naturally occur in nature .
Crystal has a symmetry in which it shouldn't be possible for atoms to form .
Discovery could shed light on how these materials exist in the universe .
נמצא גביש עם 'סימטריה אסורה' שפעם חשבו שאי אפשר להיווצר באופן טבעי. מה שנקרא קוואזי-גביש התגלה במטאוריט בן 4.5 מיליארד שנים באזור נידח בצפון מזרח רוסיה. ולימוד זה יכול לעזור למדענים לגלות כיצד נוצרו חומרים מסתוריים כמו זה ביקום. מדענים מאוניברסיטת פרינסטון, ניו ג'רזי חקרו מטאוריט עתיק (מוצג) ומצאו קוואזי-גביש עם מבנה שפעם כונה "בלתי אפשרי". חשבו שחומר כזה לא יכול להתרחש באופן טבעי בטבע מכיוון שלגביש יש סימטריה שבה אטומים לא צריכים להיווצר. הגילוי נעשה על ידי צוות מאוניברסיטת פרינסטון, והוא הקוואזי-גביש הטבעי השני שנמצא אי פעם - שניהם במטאוריט הזה. לפני שהצוות מצא את הקוואזי-גביש הטבעי הראשון ב-2009, חוקרים חשבו שהמבנים שבירים מדי ולא יציבים מבחינה אנרגטית מכדי להיווצר על ידי תהליכים טבעיים. "הממצא של קוואזי-גביש שני בטבע מאשר שהחומרים הללו יכולים להיווצר בטבע והם יציבים על פני טווחי זמן קוסמיים", אמר ד"ר פול שטיינהרדט מאוניברסיטת פרינסטון. מבחוץ, קוואזי-גבישים הם מינרלים מוצקים שנראים כמו נורמליים למדי, אבל המבנה הפנימי שלהם הוא שמרתק את המדענים. במקום צבירי אטומים שחוזרים על עצמם באופן קבוע הנראים ברוב הגבישים, קוואזי-גבישים מכילים סידור אטומי עדין ומסובך יותר הכולל שני צבירים חוזרים או יותר. כתוצאה מכך, ניתן לסדר את האטומים של קוואזי-גביש בדרכים שאינן נפוצות בקריסטלים, כגון צורה של איקוסהדרון בעל 20 צדדים עם סימטריה של כדור כדורגל. ניתן להמחיש את ההבדל בין קריסטלים לקוואזי-קריסטלים על ידי דימיון של רצפת אריחים: אריחים שהם משושים בעלי שישה צדדים יכולים להתאים בצורה מסודרת זה לזה כדי לכסות את כל הרצפה. אבל מחומשים עם חמישה צדדים או עשר צלעות מונחים ליד כל אחד מהם יגרמו לפערים בין האריחים. הצוות פרסם את הממצאים בכתב העת Scientific Reports. ד"ר שטיינהרדט אמר שהתגלית מעלה את האפשרות שסוגים אחרים של קוואזי-גבישים יכולים להיווצר בטבע. קוואזי-גבישים קשים מאוד, בעלי חיכוך נמוך ואינם מוליכים חום טוב במיוחד - מה שהופך אותם למועמדים טובים ליישומים כמו ציפוי מגן על פריטים החל ממטוסים ועד כלי בישול שאינם נדבקים. לקוואזיקריסטל החדש שהתגלה, שעדיין לא קיבל את שמו, יש מבנה הדומה לדיסקות שטוחות בעלות 10 צדדים הנערמים בעמודה. סוג זה של מבנה בלתי אפשרי בקריסטלים רגילים, שבהם אטומים ארוזים זה בזה באופן חוזר ומסודר, מה שמזכה אותו בכינוי "סימטריה אסורה". "המבנה אומר "אני לא קריסטל, אבל מצד שני, אני גם לא אקראי", אמר ד"ר שטיינהרדט. גבישים עם 'סימטריות אסורות' אלו נוצרו במעבדה, אך רק בשנת 2009 דיווחו ד"ר שטיינהרדט וצוותו על הקוואזי-גביש הטבעי הראשון, הידוע כיום בשם איקוסהדריט, בסלע שנאסף שנים קודם לכן בצ'וקוטקה, רוּסִיָה. בצד שמאל, הלוח העליון מציג את הסימטריה של הקוואזי-גביש הטבעי הראשון שנקרא איקוסהדריט. הלוח התחתון מציג את הסימטריה של הקוואזי-גביש שהתגלה לאחרונה, שעדיין לא קיבל את שמו. ימין הוא התבנית המסודרת אך הלא סטנדרטית של הקוואזי-גביש המתגלה על ידי קרן אלקטרונים. גבישים עם 'סימטריות אסורות' אלו נוצרו במעבדה, אך רק בשנת 2009 דיווחו ד"ר שטיינהרדט וצוותו על הקוואזי-גביש הטבעי הראשון, הידוע כיום בשם איקוסהדריט, בסלע שנאסף שנים קודם לכן בצ'וקוטקה, רוסיה (מוצג) החוקרים אישרו שמקורו של הקוואזי-גביש בגוף מחוץ לכדור הארץ שנוצר לפני כ-4.57 מיליארד שנים - בערך בזמן היווצרות מערכת השמש שלנו. הם פרסמו את התוצאות הללו ב-Proceedings of the National Academy of Sciences בשנת 2012. "החזרת החומר והוכחה שהוא ממקור טבעי היה מחסום מדעי חשוב להתגבר עליו", אמר ד"ר שטיינהרדט. הקוואזי-גביש החדש הזה נמצא בגרגר אחר של אותו מטאוריט ויש לו סימטריה של פי 10, או עשרונית. הוא מורכב מאלומיניום, ניקל וברזל, שבדרך כלל אינם נמצאים יחד באותו מינרל מכיוון שאלומיניום נקשר במהירות לחמצן, חוסם את ההתקשרות לניקל וברזל. החוקרים אישרו שמקורו של הקוואזי-גביש בגוף מחוץ לכדור הארץ שנוצר לפני כ-4.57 מיליארד שנים, שזה בערך הזמן שבו נוצרה מערכת השמש שלנו (המחשה של האמן מוצגת). החוקרים חוקרים כעת כיצד נוצר המינרל. "אנחנו יודעים שהייתה פגיעת מטאור, ושהטמפרטורה הייתה בסביבות 1,000 עד 1,200 מעלות קלווין, ושהלחץ היה גדול פי מאה אלף מהלחץ האטמוספרי, אבל זה לא מספיק כדי לספר לנו את כל הפרטים", אמר ד"ר. שטיינהרדט. "נרצה לדעת האם היווצרות קוואזי-גבישים נדירה או שכיחה למדי, כיצד היא מתרחשת והאם היא יכולה להתרחש במערכות שמש אחרות. "מה שאנחנו מגלים יכול לענות על שאלות בסיסיות לגבי החומרים שנמצאים ביקום שלנו."
מדענים מאוניברסיטת פרינסטון, ניו ג'רזי חקרו מטאוריט עתיק.
הם מצאו קוואזי-גביש שני עם 'סימטריה אסורה'
חשבו שחומר כזה לא יכול להתרחש באופן טבעי בטבע.
לקריסטל יש סימטריה שבה לא אמורה להיות אפשרות להיווצרות אטומים.
גילוי יכול לשפוך אור על האופן שבו חומרים אלה קיימים ביקום.