Физики смогли превратить свинец в золото — давнюю мечту средневековых алхимиков, воплотили в реальность, используя ядерную физику на Большом адронном коллайдере (LHC).
Ученым удалось воплотить мечту человечества: они превратили свинец в золото
То, над чем долгими годами бились алхимики, удалось ученым с помощью большого адронного коллайдера.
Unsplash
На протяжении веков идея превращения свинца в золото, известная как хризопея, казалась недостижимой. Хотя эти два металла имеют схожую плотность, современная наука доказала, что они представляют собой разные элементы и не могут быть преобразованы друг в друга химическим путем.
Тем не менее, золото действительно можно получить — пусть и в микроскопических количествах — в эксперименте ALICE (A Large Ion Collider Experiment), одном из четырех ключевых инструментов LHC в ЦЕРН, Европейской организации по ядерным исследованиям.
Эксперимент ALICE посвящен физике тяжелых ионов и изучает материю при экстремальных энергетических плотностях. Во время высокоэнергетических столкновений ядер свинца на LHC ученые могут на короткое время воссоздать кварк-глюонную плазму — состояние материи, существовавшее всего через миллионные доли секунды после Большого взрыва.
Однако золото не возникает непосредственно в результате этих столкновений. Оно формируется в более тонких условиях — когда ядра свинца почти сталкиваются, но все же промахиваются.
В таких «почти-столкновениях» интенсивные электромагнитные поля вокруг быстро движущихся ядер свинца создают кратковременные импульсы фотонов. Когда эти фотоны взаимодействуют с ядрами, происходит явление, называемое электромагнитной диссоциацией, при котором протоны и нейтроны выбрасываются из ядра. И в редких случаях из ядра свинца вылетают три протона, и в результате остается золото.
Команда ALICE использовала специальные приборы, называемые калориметрами нулевой степени (ZDC), чтобы измерить эти редкие события. Анализируя количество выброшенных протонов и нейтронов, исследователи смогли отличить образование золота от других тяжелых элементов, таких как таллий и ртуть.
К сожалению, полученные ядра золота существуют недолго. Двигаясь почти со скоростью света, они сталкиваются со стенками коллайдера или его компонентами и практически мгновенно распадаются на более мелкие частицы.
Тем не менее, масштабы впечатляют: во время второго этапа работы LHC (2015–2018) было произведено около 86 миллиардов ядер золота. Третий этап уже почти удвоил это число.
Однако общая масса созданного золота невероятно мала — триллионы раз меньше того, что потребовалось бы для изготовления, например, обручального кольца.
Хотя это может разочаровать тех, кто надеялся на коммерческое применение, эксперимент открывает новое окно в понимание того, как формируются элементы, и как электромагнитные поля могут влиять на атомные ядра.