CERN zamienił ołów w złoto dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów

Naukowcy z eksperymentu ALICE w CERN dokonali przełomowego odkrycia, które przypomina alchemiczne marzenia o przemianie ołowiu w złoto. Dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów (LHC) zaobserwowali proces, w którym jądra atomowe ołowiu przekształcają się w złoto, choć tylko na ułamek sekundy i w minimalnych ilościach. To wydarzenie otwiera nowe możliwości w badaniach nad fizyką jądrową i elektromagnetycznymi interakcjami.

Przełomowe odkrycie

Wielki Zderzacz Hadronów, znany z eksplozji cząstek i zderzeń, tym razem zaskoczył naukowców innym rodzajem interakcji. Kluczowe były tzw. „prawie zderzenia” jąder ołowiu, które uruchamiają potężne pole elektromagnetyczne. Jądra ołowiu, posiadające 82 protony, wytwarzają pole, które prowadzi do zjawiska znanego jako „elektromagnetyczna dysocjacja”. W wyniku tego procesu, jeśli z jądra ołowiu wypadną dokładnie trzy protony, pozostaje jądro złota z 79 protonami.

Precyzyjne pomiary

Marco Van Leeuwen, rzecznik eksperymentu ALICE, podkreśla znaczenie detektorów, które potrafią rejestrować zarówno intensywne zderzenia, jak i te rzadkie, w których powstaje tylko kilka cząstek. „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” – mówi Van Leeuwen. To właśnie dzięki tej precyzji możliwe było badanie rzadkich procesów transmutacji jądrowej.

Produkcja złota w LHC

W latach 2015-2018, podczas eksperymentu Run 2, LHC stworzył około 86 miliardów jąder złota, co w przeliczeniu daje jedynie 29 pikogramów. Dla porównania, przeciętna obrączka waży kilka gramów, co oznacza, że powstałe w LHC złoto jest zaledwie kroplą w morzu. W najnowszej serii eksperymentów (Run 3) ilość produkowanego złota wzrosła niemal dwukrotnie, jednak wciąż nie jest to wystarczające, by mówić o jego praktycznym wykorzystaniu w jubilerstwie.

Ulotne złoto

Co ciekawe, choć złoto powstaje w LHC, nie można go „wyłowić”. Jądra złota poruszają się z prędkością bliską prędkości światła i szybko rozbijają się o ścianki akceleratora, rozpadając się na cząstki elementarne. To sprawia, że powstałe złoto jest niezwykle ulotne, istniejące jedynie przez ułamek sekundy. Uliana Dmitrieva z zespołu ALICE podkreśla, że „dzięki unikalnym możliwościom detektorów ZDC, obecna analiza jako pierwsza systematycznie wykryła i zbadała sygnatury produkcji złota w LHC”.

Znaczenie badań

Wyniki badań mają nie tylko znaczenie dla fizyki jądrowej, ale również dla teoretycznych modeli elektromagnetycznej dysocjacji. John Jowett z CERN zauważa, że „wyniki pozwalają również testować i udoskonalać teoretyczne modele, które – poza swoim fizycznym znaczeniem – służą do zrozumienia i przewidywania strat wiązki, będących jednym z głównych ograniczeń wydajności LHC i przyszłych zderzaczy”. To odkrycie może zatem przyczynić się do dalszego rozwoju technologii akceleratorów cząstek i zrozumienia fundamentalnych procesów zachodzących w przyrodzie.