CERN zamienił ołów w złoto. Naukowcy spełnili sen alchemików
W Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN udało się dokonać czegoś, o czym marzyli średniowieczni alchemicy — zamienić ołów w złoto. Choć efekt jest mikroskopijny i trwa ułamek sekundy, naukowcy z eksperymentu ALICE po raz pierwszy precyzyjnie zmierzyli ten proces. To przełom nie tylko symboliczny, ale i ważny dla fizyki jądrowej.
Zamiana ołowiu w złoto to jeden z najstarszych snów ludzkości. Przez wieki alchemicy próbowali przeobrazić pospolity metal w cenny kruszec - bezskutecznie. Aż do teraz. Naukowcy z eksperymentu ALICE w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN zaobserwowali proces przemiany ołowiu w złoto. Technicznie rzecz biorąc, stworzyli złoto. Niestety - tylko na ułamek sekundy i w ilości, która nie starczyłaby nawet na mikroskopijny fragment obrączki.
Nie dotykając się, wywołują burzę
W przeciwieństwie do wybuchowych zderzeń, które kojarzą się z LHC, tym razem kluczowe były sytuacje, w których jądra atomowe ołowiu jedynie minęły się o włos. Te "prawie zderzenia" uruchamiają niezwykle silne pole elektromagnetyczne. A ponieważ jądra ołowiu mają aż 82 protony, ich pole działa jak błyskawica - wywołuje interakcje foton-jądro, które prowadzą do czegoś, co fizycy nazywają "elektromagnetyczną dysocjacją".
W uproszczeniu: pole elektromagnetyczne "rozbija" jądro ołowiu, wybijając z niego protony. Jeśli wypadną dokładnie trzy, zostaje jądro złota - z 79 protonami. Brzmi jak magia? Nie do końca. To znana od lat zasada fizyki jądrowej, ale po raz pierwszy udało się ją zaobserwować z taką precyzją.
- To imponujące, że nasze detektory potrafią rejestrować czołowe zderzenia, w których powstają tysiące cząstek, a jednocześnie są na tyle czułe, by wykrywać zderzenia, w których powstaje tylko kilka cząstek, co umożliwia badanie rzadkich elektromagnetycznych procesów "transmutacji jądrowej" - mówi Marco Van Leeuwen, rzecznik ALICE.
Złoto w CERN: 89 tysięcy atomów na sekundę
W latach 2015-2018 (eksperyment Run 2) LHC stworzył ok. 86 miliardów jąder złota. To brzmi imponująco, ale oznacza... 29 pikogramów. Dla porównania: przeciętna obrączka waży kilka gramów, czyli ponad sto miliardów razy więcej. W najnowszej serii eksperymentów (Run 3) złota powstaje już niemal dwa razy więcej - ale wciąż to za mało, by mówić o produkcji biżuterii.
- Dzięki unikalnym możliwościom detektorów ZDC w eksperymencie ALICE, obecna analiza jako pierwsza systematycznie wykryła i zbadała sygnatury produkcji złota w LHC - podkreśla Uliana Dmitrieva z zespołu ALICE.
Co ciekawe, choć złoto powstaje w LHC, to nie da się go "wyłowić". Powstałe jądra pędzą z niemal prędkością światła i szybko rozbijają się o ścianki akceleratora, rozpadając się na cząstki elementarne. To ulotne złoto - istniejące zaledwie przez ułamek sekundy.
- Wyniki pozwalają również testować i udoskonalać teoretyczne modele elektromagnetycznej dysocjacji, które - poza swoim fizycznym znaczeniem - służą do zrozumienia i przewidywania strat wiązki, będących jednym z głównych ograniczeń wydajności LHC i przyszłych zderzaczy - dodaje John Jowett z CERN (również z zespołu ALICE).
Średniowieczna alchemia miała marzenie, które w XXI wieku fizyka zrealizowała. Tyle że zamiast kamienia filozoficznego mamy wiązki ołowiu pędzące z prędkością światła i detektory zdolne mierzyć zjawiska trwające krócej niż mgnienie oka. I choć złota z tego nie będzie, wiedzy - bezcennej - już całkiem sporo.
Źródło: CERN
Publikacja: S. Acharya et al, Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at √sNN=5.02 TeV, Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906
