Средневековые алхимики когда-то мечтали превратить обычный свинец в золото, и благодаря современным ученым в CERN с использованием Большого адронного коллайдера (LHC) эта мечта стала реальностью. Команда ALICE обнародовала результаты, демонстрирующие создание мельчайших частиц золота при столкновении ядер свинца в LHC.
Хотя у свинца и золота сходная плотность, они представляют собой разные химические элементы: свинец имеет ядро с 82 протонами, в то время как золото — 79. Смена количества протонов была за пределами возможностей алхимиков, но в XX веке ученые научились преобразовывать элементы через ядерные реакции, такие как бомбардировка ядер нейтронами или протонами. ALICE нашла новый метод через «почти столкновения» ядер свинца, которые не соприкасаются, но создают мощные электромагнитные поля.
На LHC ядра свинца ускоряются до скорости, близкой к скорости света (99,999993%), создавая интенсивное электромагнитное поле, которое преобразуется в «блин» и выпускает короткие импульсы фотонов. Когда два ядра свинца проходят рядом, их поля взаимодействуют, вызывая электромагнитную диссоциацию. Фотон может возбудить ядро свинца, выбрасывая протоны и нейтроны. Если из ядра выбить три протона, оно трансформируется в ядро золота.
Детектор ALICE с калориметрами нулевого угла (ZDC) фиксировал количество вылетающих протонов и нейтронов. Ученые установили, что при столкновениях формируются ядра таллия (81 протон), ртути (80 протонов) и золота (79 протонов). Хотя золото появляется редко, результат впечатляет: около 89 000 ядер золота каждую секунду на точке столкновения ALICE. С 2015 по 2018 годы в рамках Run 2 было создано 86 миллиардов ядер золота, что составляет лишь 29 пикограммов (0,000000000029 грамма). В Run 3 (с 2022 года) производство золота удвоилось благодаря усовершенствованию коллайдера, но его количество всё еще ничтожно.
Марко Ван Леувен, представитель ALICE, подчеркнул: «Наши детекторы справляются с тысячами частиц в прямых столкновениях и при этом фиксируют редкие события, позволяя изучать ядерные преобразования». Эксперимент не только подтверждает потенциал трансмутации, но и развивает теоретические модели электромагнитной диссоциации, помогая лучше понять потери пучка в LHC, что важно для его работы и будущих коллайдеров. Ульяна Дмитриева из ALICE отмечает: «Мы впервые провели систематическое изучение производства золота на LHC благодаря уникальным возможностям». Джон Джоуэтт подчеркнул, что эти данные улучшают модели, влияющие на эффективность работы коллайдеров.
Однако созданное золото не сохраняется: высокоэнергетические ядра врезаются в стенки Большого адронного коллайдера или коллиматоры и сразу же распадаются на протоны, нейтроны и другие частицы. Эти элементы существуют лишь на мгновение. Несмотря на исполнение мечты алхимиков, обогатиться на этом невозможно — золото исчезает мгновенно.
Источник: iXBT
