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 8Лука
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.