В пясъка край бреговете на Хирошимския залив беше открито микроскопично парченце метал, което не се среща нито в природата, нито в лабораториите. То се е образувало по време на атомната бомбардировка през 1945 година, когато температурата за кратко време достигна нивото на повърхността на Слънцето, а разтопените и изпарени вещества се смесиха при условия, които са почти невъзможни за възпроизвеждане чрез обикновен експеримент.

Необичайната частица беше открита сред дребните отломки, събрани по плажовете на залива. Размерът ѝ е бил едва няколко микрометра, но вътрешната му структура е запазила следи от процесите, продължили части от секундата. Тези частици не могат да се считат за обикновени разтопени остатъци. Съставът им и разположението на атомите показват какво се е случило с веществото веднага след взрива.

Ядреният взрив въздейства върху околната среда приблизително по същия начин, както удара на мълния или падането на метеорит, но освобождава много повече енергия. Въздухът и повърхността мигновено се нагряват, материалите се разтапят и изпаряват, а след това също толкова бързо се охлаждат. Металите, минералите, бетонът, почвата и други вещества преминават в газообразно състояние, смесват се и се кондензират в нови съединения.

При обикновено охлаждане атомите успяват да се подредят в най-стабилната структура. След атомна експлозия почти не остава време за преструктуриране. Всяка миниатюрна капка разтопена маса се охлажда поотделно, поради което в едно облак могат едновременно да възникнат хиляди или милиони микроскопични варианти на веществото. По-голямата част бързо се превръща в познати минерали и сплави, но отделни частици запазват редки атомни конфигурации.

Намереният в Хирошима материал се състои главно от желязо, хром, никел, манган, молибден, силиций и алуминий. В тази сплав присъстват и други елементи, но изброените компоненти съставляват основата. Атомите са равномерно разпределени в сложна кубична решетка, тоест повтаряща се триизмерна структура с кубична симетрия.

Такава смес обикновено се разделя на няколко по-прости фази. Едни елементи се събират в една област, други образуват отделни кристали, а крайната структура съдържа по-малко компоненти. В частицата от Хирошимския залив множество елементи са останали вътре в единна хомогенна решетка. Нито природни образци, нито изкуствено получени материали с такъв състав са били описани досега. Тази рядка сплав се е образувала не защото елементите ѝ са необичайни сами по себе си. Желязото, никелът, хромът и останалите компоненти се използват широко в металургията. Необичайно се оказа тяхното съчетание и разположението на атомите. Мигновеното нагряване премеси веществата, а рязкото охлаждане замрази структурата, преди тя да успее да премине в по-стабилно състояние.

Физиците наричат подобни състояния метастабилни. Материалът не се намира в най-благоприятната от енергийна гледна точка конфигурация, но запазва формата си, защото на атомите не им достигат условия за пренареждане. За получаване на метастабилни вещества в лабораториите се използват бързо охлаждане, високо налягане, лазерни импулси и други методи. Последиците от ядрен взрив създават много по-резки колебания на температурата и налягането.

Екстремни събития вече са оставяли след себе си вещества, неизвестни на науката. След изпитанието на първата атомна бомба „Тринити“ през юли 1945 гoдина на повърхността на пустинята се образува тринитит – стъклоподобен материал от разтопен пясък, компоненти на бомбата и околните конструкции. По-късно в тринитита бяха открити необичаен клатратен кристал с решетъчна структура и квазикристали. Квазикристалите дълго време се смятаха за невъзможни. В обикновения кристал атомната решетка се повтаря периодично, като клетките в равномерна решетка. Квазикристалът запазва строг ред, но не повтаря един и същ фрагмент на равни интервали. Такива структури са откривани в продукти от ядрени опити и в метеорити, преживели най-силни удари и нагряване.

Сплавът от Хирошима не принадлежи към квазикристалите. Неговите атоми образуват периодична кубична решетка. Въпреки това някои елементи от вътрешната му структура наподобяват локални фрагменти, които се срещат в квазипериодичните материали. Изследването на новата сплав може да помогне да се разбере как възникват и се запазват сложните атомни комбинации при рязко охлаждане.

Откритието повдига по-широк въпрос: дали частицата представлява единична рядкост или принадлежи към цял клас вещества, които се появяват само по време на катастрофални събития. Обичайните лабораторни условия са предназначени за контрол и постепенна промяна на температурата, налягането и състава. Експлозиите, ударите от метеорити и мълниите създават хаотична среда, в която десетки вещества се смесват за части от секундата.

Подобни места могат да крият материали, които е трудно да се получат целенасочено. Учените обикновено търсят нови съединения, като предварително подбират състава, температурата и налягането. Едно екстремно събитие задейства едновременно огромно количество случайни комбинации. Всяка микроскопична капка преминава през свой собствен процес на нагряване и охлаждане, поради което дори съседните частици могат да имат различна структура.

Атомните отломки запазват не само химичния състав, но и информация за самия взрив. По формата на кристалите, разпределението на елементите и фазовите преходи може да се прецени скоростта на охлаждане, температурата и взаимодействието на изпарените материали. Микроскопичното зърно се превръща в своеобразен запис на условията, които са съществували твърде кратко, за да бъдат измерени директно.

Изследователите предстои да проверят други частици от Хирошимския залив и материали, свързани с ядрени опити. Ако подобни сплави бъдат открити в няколко проби, откритието ще сочи към общ механизъм за образуване на сложни метастабилни структури. Същите закономерности могат да действат при падане на метеорити, удари от мълнии и други събития, при които веществото претърпява мигновено нагряване и бързо охлаждане.