А средневековые алхимики, оказывается, были правы. Их мечта о философском камне, способном превращать свинец в золото, похоже, оказалась осуществимой. На Большом адронном коллайдере международная группа ученых в рамках коллаборации ALICE успешно реализовала трансмутацию свинцовых ядер в золото. Отчет об этом опубликован в научном журнале Physical Review C (PRC).
Большой адронный коллайдер. Источник фото: TehnObzor
Старинные алхимические тексты, такие как «Хризопея Клеопатры» II века нашей эры, вдохновляли поколения средневековых исследователей на поиски секретов тетрасоматы – процесса превращения металлов.
Несмотря на безуспешность этих попыток, сегодня наука подтверждает принципиальную возможность трансмутации свинца в золото.
Однако, этот процесс, осуществляемый в ускорителях частиц или ядерных реакторах, настолько энергозатратен, что стоимость полученного золота в триллионы раз превышает его рыночную цену. Иными словами, экономическая целесообразность такого преобразования отсутствует.
Например, за четыре года работы Большого адронного коллайдера удалось получить лишь 86 миллиардов ядер золота, что составляет ничтожные 29 пикограмм – сумму, достаточную лишь для мизерной части ювелирного изделия.
Источник фото: TehnObzor
Для производства одного грамма золота потребовались бы миллионы лет непрерывной работы БАК. Тем не менее, сама возможность такой трансмутации является значительным научным достижением.
Как пишет Газета.ru, в ходе эксперимента ядра свинца разгонялись до скоростей, составляющих 99,999993% от скорости света. При столкновении этих ядер возникали мощнейшие электромагнитные поля, инициирующие фотон-фотонные и фотон-ядерные взаимодействия. Эти процессы приводили к «выбиванию» протонов из свинцового ядра, содержащего 82 протона, в результате чего образовывались ядра таллия (81 протон), ртути (80 протонов) и золота (79 протонов).
С появлением ядерной физики в XX веке стало известно, что тяжелые элементы могут трансформироваться в другие. Это может происходить как в результате естественного радиоактивного распада, так и в лабораторных условиях, под воздействием нейтронов или протонов.
Чрезвычайно высокоэнергетические столкновения ядер свинца способны создавать кварк-глюонную плазму – состояние материи, предположительно существовавшее во Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва и давшее начало современной материи. Однако даже в случаях, когда ядра лишь пролетают мимо друг друга, не вступая в прямой контакт, сильные электромагнитные поля, окружающие их, могут вызывать фотон-фотонные и фотон-ядерные взаимодействия, открывая новые пути для исследований.
Электромагнитное поле, генерируемое ядром свинца, особенно интенсивно из-за наличия 82 протонов, каждый из которых несет элементарный заряд. Кроме того, столь высокая скорость свинцовых ядер в БАК, близкая к скорости света, сжимает линии электромагнитного поля в тонкий диск, перпендикулярный направлению движения, создавая кратковременный фотонный импульс. Это часто запускает процесс электромагнитной диссоциации, при котором фотон, взаимодействуя с ядром, может вызывать вибрации его внутренней структуры, приводя к выбросу небольшого количества нейтронов и протонов. Для получения золота, содержащего 79 протонов, необходимо удалить три протона из ядра свинца.
«Удивительно, что наши детекторы способны как обрабатывать прямые столкновения, рождающие тысячи частиц, так и фиксировать столкновения, в которых образуются всего несколько частиц. Это позволяет изучать процессы электромагнитной «ядерной трансмутации», — цитирует Марко Ван Лиувена, представителя коллаборации ALICE ресурс TehnObzor.
Иллюстративное фото. Источник: ru.pinterest.com
Команда ALICE использовала калориметры нулевого отклонения (ZDC) для регистрации фотон-ядерных взаимодействий, в результате которых испускались один, два или три протона в сопровождении как минимум одного нейтрона. Эти события связаны с образованием свинца, таллия, ртути и золота соответственно. Хотя такие события редки по сравнению с образованием таллия или ртути, результаты показывают, что Большой адронный коллайдер способен производить золото со скоростью около 89 000 ядер в секунду в результате столкновений свинца со свинцом. Эти золотые ядра вылетают со столкновения с высокой энергией и попадают в другие части установки, где они тут же распадаются на протоны, нейтроны и другие частицы. Существование такого золота крайне кратковременно. Впереди у исследователей еще множество работы, но они, безусловно, приближают нас к цели, превосходя достижения своих предшественников из эпохи поздней античности.