Νομπέλ Χημείας στα ατομικά μωσαϊκά

Η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε σήμερα ότι το εφετινό βραβείο Νομπέλ Χημείας – ύψους 10 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών, ήτοι ενός περίπου εκατ. ευρώ – απονέμεται στον καθηγητή επιστήμης υλικών του ισραηλιτικού πολυτεχνείου Technion, Ντάν Σέχτμαν (Dan Shechtman). Ο λόγος; Η εκ μέρους του ανακάλυψη ενός νέου τύπου κρυστάλλων, των λεγόμενων ημικρυστάλλων (quasicrystals).

Κρύσταλλοι πενταπλής συμμετρίας

Συνέβη από έναν… μη χημικό… όταν δεν έπρεπε: Τον Απρίλιο του 1982, ο μηχανολόγος και μεταλλογράφος Ντάν Σέχτμαν βρισκόταν σε εκπαιδευτική άδεια από το πανεπιστήμιο John Hopkins των ΗΠΑ (NBS). Το πρωί της 8^ης Απριλίου κοίταξε στο ηλεκτρονικό του μικροσκόπιο έναν κρύσταλλο από ταχέως ψυχθέν κράμα αλουμινίου και μαγγανίου και… καθάρισε τα γυαλιά του. Ξανακοίταξε και σιγουρεύτηκε ότι αυτό που έβλεπε ήταν αντίθετο στο κλασικό «θεώρημα περιορισμού» της κρυσταλλογραφίας. Δηλαδή, ενώ κατά το θεώρημα αυτό οι κρύσταλλοι μπορούν να εμφανίζουν περιοδική συμμετρία κατά τη διάταξη των ατόμων τους (διπλή, τριπλή, τετραπλή ή εξαπλή συμμετρία εκ περιστροφής), ο κρύσταλλος που έβλεπε εμφάνιζε πενταπλή συμμετρία (απεριοδική). Ταραγμένος, ο Σέχτμαν άρχισε να κάνει μετρήσεις και να κρατάει σημειώσεις. Διαπίστωσε ότι η αναλογία των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων του περίεργου αυτού κρυστάλλου σχετιζόταν με τον περίφημο Χρυσό Λόγο του Πυθαγόρα.

Αμφισβήτηση και επιμονή

Αυτό που επακολούθησε, αρχικά, ήταν αυτό που συχνότατα συμβαίνει σε όσους τολμούν να αμφισβητήσουν την καθεστώσα γνώση: Όταν ο Σέχτμαν έγραψε εργασία με τα ευρήματά του, του ζητήθηκε να παραιτηθεί από το εργαστήριο όπου εργαζόταν. «Γνώριζα ότι το σχήμα της περίθλασης δεν οφειλόταν σε διδύμους (που προκύπτουν από μια συνήθη κρυσταλλική ατέλεια)», δήλωσε σε κατοπινή συνέντευξή του, «αλλά δεν είχα καμία εξήγηση για το τι πραγματικά συνέβαινε». Μη μπορώντας να θεμελιώσει θεωρητικά τα πειραματικά του δεδομένα, πιθανότατα θα είχε πέσει στην αφάνεια αν δεν τύχαινε να δείξει την εργασία του στον John Cahn, εξέχοντα ερευνητή στην επιστήμη των υλικών. Ακολουθώντας τις συμβουλές του Cahn και του Denis Gratias – ειδικού στη μαθηματική κρυσταλλογραφία στο Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) της Γαλλίας – ο Σέχτμαν και ο συνάδελφός του στο Technion, Άιλαν Μπλεχ (Ilan Blech) υπέβαλαν από κοινού στο περιοδικό Physical Review Letters, τον Οκτώβριο του 1984, μια αναθεωρημένη εκδοχή της εργασίας. Δημοσιεύθηκε τον Νοέμβριο του 1984, περισσότερα από δύο χρόνια μετά το αρχικό πείραμα του Σέχτμαν.

Αναγνώριση και τιμές

Από τότε, η εργασία αυτή έχει ανεβεί στην 8^η θέση παγκοσμίως των δημοσιεύσεων αναφοράς (most cited). Ερευνητές από κάθε μήκος και πλάτος της Γης αποδύθηκαν σε έναν αγώνα δρόμου για την διερεύνηση και υλοποίηση τέτοιων απεριοδικών κρυστάλλων, των «ημικρυστάλλων» ή «οιωνεί κρυστάλλων» (quasicrystals) όπως επικράτησε να λέγονται, μολονότι η Διεθνής Ένωση Κρυσταλλογράφων (IUC) τους ενέταξε επίσημα στους κρυστάλλους. Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές που ακολούθησαν τα ίχνη του Σέχτμαν έχουν καταφέρει να δομήσουν εργαστηριακά εκατοντάδες νέα είδη ημικρυστάλλων, άλλους με διεδρική συμμετρία και άλλους με εικοσαεδρική. Σαν να μην έφτανε όμως αυτό, εντόπισαν σε ποταμό της Ρωσίας και ορυκτά που εμπεριέχουν φυσικά σχηματισμένους ημικρυστάλλους. Τέλος, μία σουηδική εταιρεία εντόπισε ημικρυστάλλους σε σε ένα είδος ατσαλιού, όπου η παρουσία τους καταλήγει να ενισχύει το ατσάλι. Η πρακτική εφαρμογή του ευρήματος του Σέχτμαν έχει ήδη αρχίσει, με πρώτους αποδέκτες του τους πετρελαιοκινητήρες και τα τηγάνια της κουζίνας. Ο 70χρονος σήμερα Ντάνιελ Σέχτμαν δικαίως επιβραβεύθηκε ως ο άνθρωπος που… δικαίωσε τον Πυθαγόρα.