onsdag 10 oktober 2012

Kvasikristaller bryter mot naturens regler

Kvasikristallerna bryter mot naturens regler och Daniel Shechtman bröt mot ett helt forskningsfält när han gjorde upptäckten som ger honom nobelpriset i kemi år 2011. Det mest kontroversiella nobelpriset är för kristallografi. Många kemister står också undrande om vad det är. Kemin hamnar ofta mellan biologi och fysik, nobelprisets indelningar från 1800-talet är otidsenliga.

Kristallografin är ett experimentellt område som förs in under den kondenserade materiens fysik. Kungliga Vetenskapsakademien verkar ha en förkärlek för att belöna det, och nu blev det fältets mest udda fågel som fick pris.

Vår förståelse av hur atomer i ett material ser ut, från en DNA-molekyl till en supraledare, har byggts på kristallografin. Kristallografi studerar hur atomer ordnas i fasta material, åtminstone i kristallform. Kristaller blir genomlysta i ett elektronmikroskop och mönstret i bilden används för att bestämma hur atomerna i materialet är placerade. Atomer ordnas som tegelstenar i ett regelbundet upprepat mönster. Strukturen bestäms av olika grader av symmetri som t.ex. roterande och translationell. Här sade teorin om den kristallografiska restriktionen att en kristall bara kan ha en symmetri i storleksordningen 2,3,4 och 6.

Shechtman tittade på en legering av aluminium och mangan som hade hastigt kylts till fast form. Där hittade han en femfaldig symmetri i mönstret. Atomerna i materialet låg alltså på ett sätt som var omöjligt enligt 1980-talets vetenskap. Materialet kallas kvasikristaller där ordningen av atomer följer ett definierbart matematiskt mönster, men mönstret upprepar sig inte.


Mönster av kvasikristaller. Bild från Wikimedia Commons

Naturen bryter mot sina regler genom att föra in femhörniga symmetrier som förhindrar att ”tegelstenarna” på atomnivå upprepar sig. Atomerna i de här legeringarna följer istället nästan regelbundna mönster.

Det finns aspekter av kvasikristallers mönster i det gyllene snittet och i medeltida islamisk geometri. Kvasikristallerna används för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos byggnadsmaterial och metaller, även om fältet ännu är experimentellt.

Shechtmans historia lär oss att kontaktnätet är livsviktigt. Resultatet han fick fram ansågs omöjligt. Han behövde forskare som tittade på hans resultat förutsättningslöst, istället för att bedöma det utifrån vad som sågs som etablerade fakta. Det är riskabelt. De allra flesta som säger att all tidigare forskning har fel brukar vara knasbollar.

Omvälvningen i forskningen skedde hastigt under 80-talets mitt, andra hade också sett kvasikristaller tidigare men struntat i eller bortförklarat dem. Nobelpriset hägrar för den som har modet att stå för sina resultat. Fast det gäller också att inte glömmas bort när hela forskningsfältets karta ritas om. Där hade lyckligtvis Dan Shechtman uthålligheten för att få sitt nobelpris.

Läs även andra bloggares åsikter om , , , , , , , ,

Intressant

Sammandrag politik och teknik GAL-TAN Arholma

Av Moralist - Eget arbete, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4269104 Nedan följer en kort sammanfattning ...