Несколько столетий назад, раздел алхимии под названием хризопея, как говорят, исследовал возможности превращения широко распространенных неблагородных металлов в драгоценные. Ранним практикам так и не удалось это осуществить, но, похоже, изучая условия, возникшие сразу после Большого взрыва, с помощью Большого адронного коллайдера (БАК), ученые превратили свинец в золото — всего за доли секунды.
Прежде чем вы слишком воодушевитесь и начнете рассматривать возможность инвестирования в LHC как новый класс активов, это было не так уж много золота. На самом деле, это было «в триллионы раз меньше, чем потребовалось бы для изготовления ювелирного изделия». Но вы все равно можете поразиться тому факту, что один элемент превратился в другой с совершенно другими свойствами посредством нового механизма.
Прежде чем мы погрузимся в то, как это произошло, давайте вспомним, где это произошло. LHC — это самый большой и мощный в мире ускоритель частиц: кольцевой туннель, где ученые сталкивают крошечные частицы на невероятных скоростях. Длина туннеля составляет 17 миль (27 км), и он расположен в Женеве, Швейцария.
Эта установка используется для проверки теоретических предсказаний в физике элементарных частиц, получения более глубокого понимания того, как действуют силы в нашей Вселенной, и понимания Большого взрыва.
3D-разрез диполя LHCДаниэль Домингес / ЦЕРН
LHC проходит через «запуски» или рабочие периоды, когда коллайдер активно ускоряет и сталкивает частицы для научных экспериментов. Запуск 1 (2010-2013) завершился открытием частицы бозона Хиггса.
Второй запуск проводился в период с 2015 по 2018 год и имел решающее значение для уточнения нашего понимания Стандартной модели физики элементарных частиц, а также для более детального исследования свойств бозона Хиггса.
Теперь в комплексе LHC есть ALICE, сокращение от A Large Ion Collider Experiment. Это относится к конкретному детектору и исследовательской программе на объекте и сосредоточено на физике сильно взаимодействующей материи.
Детектор ALICE в комплексе LHCCERN
Идея состоит в том, чтобы изучить условия, которые, как считается, существовали сразу после Большого взрыва, путем измерения свойств так называемой кварк-глюонной плазмы.
Когда в LHC происходят высокоэнергетические столкновения ядер свинца, движущихся почти со скоростью света, возникает эта кварк-глюонная плазма, горячее и плотное состояние материи, которое, как полагают, заполнило вселенную сразу после Большого взрыва. Также существует сильное электромагнитное поле, исходящее от ядер свинца.
Оказывается, что высокоскоростные ядра свинца, частые близкие к пролету взаимодействия между ними и их электромагнитное поле являются рецептом золота. «… очень высокая скорость, с которой ядра свинца движутся в LHC (соответствующая 99,999993% скорости света), заставляет линии электромагнитного поля сжиматься в тонкую лепешку, поперечную направлению движения, создавая кратковременный импульс фотонов», — объяснили специалисты из ЦЕРНа (Европейской организации ядерных исследований), которая управляет LHC.
«Часто это запускает процесс, называемый электромагнитной диссоциацией, при котором фотон, взаимодействующий с ядром, может возбуждать колебания его внутренней структуры, что приводит к выбросу небольшого количества нейтронов и протонов. Чтобы создать золото (ядро, содержащее 79 протонов), из ядра свинца в пучках LHC необходимо удалить три протона. Команда ALICE использовала нулевые калориметры детектора (ZDC) для подсчета количества взаимодействий фотонов с ядрами, которые привели к испусканию нуля, одного, двух и трех протонов в сопровождении по крайней мере одного нейтрона, что связано с производством свинца, таллия, ртути и золота соответственно».
Таким образом, ядра золота выходили из столкновения и попадали в трубу пучка LHC, где они немедленно фрагментировались на отдельные протоны, нейтроны и другие частицы. Таким образом, свинец эффективно трансмутировал в золото в экспериментальной установке посредством столкновений на близком расстоянии, за кратчайшие мгновения.
Это первый раз, когда добыча золота была измерена на LHC, и результаты появились в Physical Review Journals на прошлой неделе. Конечно, это могло быть всего 29 пикограммов золота, но технически это все еще считается алхимией. Наши предки действительно могли быть на что-то похожи все эти сотни лет назад.
