U srednjem vijeku vladala je prava groznica alhemije – ljudi su pokušavali pretvoriti obično olovo u čisto, blistavo zlato.
Možda su ti drevni alhemičari umjesto toga trebali graditi sudarač čestica. Prema novom naučnom radu, CERN-ov Veliki hadronski sudarač (LHC) proizveo je oko 86 milijardi zlatnih jezgri koristeći jezgre olova velikih brzina tokom svoje druge operativne faze, između 2015. i 2018. godine.
Zlato koje traje samo djelić sekunde
Naravno, u pitanju je zanemariva količina zlata – svega nekoliko trilionitih dijelova grama. Štaviše, proizvedene zlatne jezgre traju samo djeliće sekunde prije nego se raspadnu.
Ipak, ono što je zaista impresivno jeste način na koji su fizičari uspjeli kvantificirati nastanak zlata: brojali su protone i neutrone koji su se oslobodili tokom sudara pomoću specijaliziranih detektora ALICE eksperimenta (A Large Ion Collider Experiment), tačnije njegovih "kalorimetara nultog stepena" (ZDC).
Kako se olovo "pretvara" u zlato?
Na periodnom sistemu elemenata, zlato (79 protona) i olovo (82 protona) nisu daleko jedno od drugog. Teoretski, ako odstranite nekoliko protona i neutrona iz jezgre olova, dobit ćete zlato.
No, u praksi je taj proces izuzetno kompleksan. Potrebne su ogromne količine energije i sofisticirana oprema – poput akceleratora čestica – da bi se ovakva transmutacija uopće mogla dogoditi.
Dakle, ako želite zlato, ovo je vjerovatno najneefikasniji mogući način da ga dobijete.
"Promašaji" koji stvaraju zlato
U ovom slučaju, zlato nije proizvedeno direktnim sudarima jezgri olova, već "zaobilaznim susretima" – kada se dvije olovne jezgre mimoilaze u sudaraču pri 99.999993% brzine svjetlosti.
Takvi bliski prolazi generiraju snažne elektromagnetne impulse, koji mogu destabilizirati unutrašnju strukturu jezgre i izbaciti protone i neutrone. Rezultat toga može biti zlato, ali i drugi elementi poput talija (81 proton) i žive (80 protona).
Kvantificiranje transmutacije
Korištenjem ALICE ZDC detektora, fizičari su uspjeli identificirati i kvantificirati broj atoma talija, žive i zlata proizvedenih tokom ovog procesa. Iako su talij i živa proizvedeni u znatno većim količinama, zlatne jezgre su zabilježene u prosjeku od oko 89.000 po sekundi.
Tokom cijelog drugog operativnog ciklusa LHC-a, ukupna proizvedena količina zlata bila je oko 29 pikograma – količina koja je manja od mase jedne bakterije.
Zlatne jezgre – kratkog vijeka i velikog značaja
Zlatne jezgre nastale na ovaj način vrlo brzo se sudaraju sa zidovima sudarača i raspadaju se u tuš čestica. Dakle, srednjovjekovni alhemičari bi ostali razočarani.
Ali moderni naučnici nisu. Ovo je fascinantna nauka: ne samo da mogu ubrzati atome do gotovo brzine svjetlosti, već mogu precizno analizirati šta se desi sa svakom jezgrom tokom tih sudara.
Nauka iznad alhemije
"Impresivno je da naši detektori mogu obraditi direktne sudare koji proizvode hiljade čestica," kaže fizičar Marco van Leeuwen sa Univerziteta Utrecht i glasnogovornik ALICE eksperimenta. "Ali isto tako mogu registrirati i sudare u kojima nastane samo nekoliko čestica, omogućujući proučavanje rijetkih elektromagnetnih procesa ‘nuklearne transmutacije’."