Учёным, которые работают с Большим адронным коллайдером (БАК) в ЦЕРНе, удалось добиться заветной цели средневековых алхимиков — превратить свинец в золото. Правда, есть маленький, а точнее микроскопический нюанс — научная "магия" длилась буквально доли секунды. Тем не менее, это первый в истории успешный и научно подтверждённый эксперимент по превращению свинца в драгоценный металл. Причём авторы исследования называют полученные результаты прорывом не только символическим, но и крайне важным для ядерной физики.
Превращение свинца в золото — одно из древнейших мечтаний человечества, о которых до сих пор ходили лишь легенды и сказки. На протяжении столетий алхимики предпринимали тщетные попытки превратить обычный металл в драгоценный, и вот учёным, работающим с экспериментальным детектором ALICE (A Large Ion Collider Experiment) на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, удалось воссоздать процесс превращения свинца в золото. Технически они, действительно, создали золото из свинца, но, к сожалению, лишь на долю секунды и в таком количестве, которого не хватило бы даже для микроскопического фрагмента обручального кольца.
В периодической таблице химических элементов свинец и золото разделены всего несколькими элементами. У золота 79 протонов, у свинца — 82, так что теоретически, всё, что нужно сделать, чтобы получить из атома свинца атом золото — это выбить несколько протонов (и несколько нейтронов). Простая в теории задача не поддавалась средневековым алхимикам столетиями. Что не удивительно, ведь осуществить на практике это можно лишь при использовании огромного коллайдера частиц. С его помощью учёные могут разогнать частицы до энергий, достаточно высоких для того, чтобы выбить из атома протоны и нейтроны.
Понятно, это чрезвычайно энергозатратно и на деле слишком дорогого, поскольку требует высокоспециализированного оборудования. Поэтому если вам нужно золото, использовать опробованный в БАК метод — это, вероятно, наименее эффективный вариант с точки зрения приложенных усилий, потраченных ресурсов и итоговой себестоимости .
Впрочем, свинец очень часто используется учёными для экспериментов на коллайдерах частиц, поэтому, как отмечают авторы исследования, атомы золота могут образовываться в качестве побочного продукта, но лишь на короткий промежуток времени.
Суть нынешнего эксперимента в рамках проекта ALICE, результаты которого были опубликованы в журнале Physical Review, сводилась к количественной оценке производства золота не при столкновении ядер свинца друг с другом, а при их близком сближении во время их полета со скоростью 99,999993% от скорости света в Большом адронном коллайдере. На этих скоростях ядро свинца с его 82 заряженными протонами выравнивает электромагнитное поле в коллайдере перпендикулярно направлению, в котором оно движется, генерируя импульс фотонов, когда два ядра свинца проходят достаточно близко друг к другу.
Взаимодействие с фотоном может затем нарушить внутреннюю структуру ядра свинца, заставив его выбрасывать нейтроны и протоны. В результате этого процесса получается не только золото. Удаление нуклонов может привести к образованию ядра таллия со 123 нейтронами и 81 протоном или ядра ртути со 121 нейтроном и 80 протонами.
Используя детектор ALICE для подсчета свободных нейтронов с одним, двумя или тремя протонами, участники нового эксперимента количественно оценили производство всех трех элементов во время одного и того же запуска Большого адронного коллайдера. Оказалось, что таллий и ртуть производятся в гораздо больших количествах, чем золото. Количество атомов золота, произведенных в рамках экспериментов в период с 2015 по 2018 год, составило порядка 86 миллиардов. Звучит впечатляюще, но на практике это равноценно 29 пикограммам или триллионных долей грамма золота. Это ничтожно малое количество, сопоставимое с весом бактерии. В одном грамме золота же содержатся секстиллионы атомов.
Кроме того, эксперимент показал, что на высокой скорости атомы золота затем разбиваются о стенки Большого адронного коллайдера и распадаются в потоке протонов, нейтронов и электронов почти сразу после своего образования. Средневековые алхимики точно были бы глубоко разочарованы таким экспериментом. Но современные учёные называют полученные результаты захватывающими и даже прорывными.
«Впечатляет то, что наши детекторы способны справляться с лобовыми столкновениями, в результате которых образуются тысячи частиц, и при этом они чувствительны к столкновениям, в ходе которых одновременно образуется лишь несколько частиц, что позволяет изучать редкие электромагнитные процессы «ядерной трансмутации», — объяснил значимость проведённых экспериментов для научного мира физик-теоретик Марко ван Леувен из Утрехтского университета, представитель проекта ALICE.
Ранее Telegraf.news рассказал, что австралийские учёные обнаружили, что самородки чистого золота в земной коре формируются под воздействием землетрясений и электричества, которое генерирует кварц. Результаты проведённых исследований опубликовал научный журнал Nature Geoscience.
