W średniowieczu alchemicy marzyli o przemianie ołowiu w złoto – uważane (zresztą do dziś) za synonim bogactwa i doskonałości. W Wielkim Zderzaczu Hadronów udało się to zrobić, ale na poziomie atomowym. Skala zjawiska jest mikroskopijna i — cóż — produkcja złota z ołowiu w ten sposób nie jest opłacalna, ale eksperyment otwiera nowe możliwości w badaniu procesów jądrowych. Co odkryto i... co dzięki temu uzyskujemy jako ludzkość?
Transmutacja ołowiu w złoto była czymś w rodzaju Świętego Graala alchemików. Wierzyli oni, że istnieje ukryta formuła, która mogłaby przekształcić metale nieszlachetne w złoto. Miał być to proces nie tylko (al)chemiczny, ale i duchowy – uważano ów fakt za symbol przemiany duszy. Dopiero rozwój fizyki jądrowej w XX wieku pozwolił naukowcom realnie myśleć o przemianie jednego pierwiastka w inny.
Prace Rutherforda, Cockcrofta i Waltona nad rozbijaniem atomów otworzyły drzwi do tego, co uzyskano obecnie. Zespół eksperymentu ALICE sięgnął po metody, które wykraczają poza klasyczne bombardowanie cząstkami. W ultraenergetycznych zderzeniach jąder ołowiu dochodzi do powstania plazmy kwarkowo-gluonowej – stanu materii przypominającego wszechświat w króciutkim momencie tuż po Wielkim Wybuchu. To właśnie tam następuje proces przemiany ołowiu w złoto.
W LHC jądra ołowiu poruszają się z prędkością 99,999993% prędkości światła. Ich intensywne pola elektromagnetyczne generują impulsy fotonowe, które mogą oddziaływać z jądrami ołowiu, wywołując zjawisko dysocjacji elektromagnetycznej. Zjawisko to polega na tym, że fotony zderzają się z jądrami, powodując wybijanie protonów i neutronów. W efekcie z jądra ołowiu wyrzucane są protony i neutrony, co może prowadzić do utworzenia jąder z mniejszą liczbą protonów, w tym właśnie złota. Aby uzyskać złoto, jądro ołowiu musi stracić trzy protony.
Problem z tym procesem jest taki, że występuje ekstremalnie rzadko i wymaga ogromnych energii. Każde zderzenie trwa zaledwie ułamek sekundy, a produkcja złota jest mierzalna tylko dzięki zaawansowanym detektorom ALICE. A zatem... nie ma co marzyć o tym, że złoto będzie produkowane w ilościach przemysłowych. Może i na szczęście, bo zaowocowałoby to gwałtownym spadkiem jego wartości...
Zespół ALICE wykorzystał specjalistyczne kalorymetry do zliczenia liczby interakcji foton-jądro, które prowadziły do emisji od zera do trzech protonów. Wyniki wskazują, że w LHC produkcja złota odbywa się z prędkością około 89 000 jąder na sekundę, jednak masa tego złota jest znikoma – zaledwie 29 pikogramów przez cały okres eksperymentu. To kropla w oceanie wobec komercyjnych potrzeb. Fizyka jądrowa natomiast zyskuje ogromnie.
W drugiej rundzie (w latach 2015-2018) w czterech głównych eksperymentach powstało około 86 miliardów jąder złota. W trzeciej natomiast wyprodukowano niemal dwukrotnie więcej złota, ale suma ta wciąż jest biliony razy mniejsza niż ilość potrzebna do wykonania choćby jednej złotej monety.
Czytaj również: Rozbłysk magnetarów może być źródłem… złota. Aż żal, że są tak daleko…
Naukowcy zrealizowali marzenie alchemików, jednak ilość wyprodukowanego złota jest tak niewielka, że nie ma mowy o komercyjnych zastosowaniach. Koszt przeprowadzenia eksperymentu jest astronomiczny, a sama produkcja złota – znikoma. Eksperyment natomiast otwiera nowe drzwi do jeszcze ciekawszych doświadczeń i może pomóc w lepszym zrozumieniu strat wiązki w przyszłych zderzaczach cząstek. W przyszłości takie badania mogą przyczynić się do rozwoju technologii jądrowych, a także do testowania teorii dotyczących powstawania pierwiastków w ekstremalnych warunkach astrofizycznych.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
