To, o czym marzyli średniowieczni alchemicy, wydarzyło się naprawdę – choć zupełnie przypadkiem i na mikroskopijną skalę. W słynnym Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN naukowcy podczas eksperymentów zderzali jądra ołowiu z taką mocą, że nieświadomie zamienili je... w złoto!
- W Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN fizycy przypadkowo zamienili ołów w złoto podczas eksperymentów z wiązkami jąder ołowiu.
- Powstało ok. 29 bilionowych części grama złota - to ilości niewyobrażalnie małe, ale wyraźnie wykrywalne.
- To dowód, że nauka potrafi spełniać nawet najśmielsze marzenia alchemików - choć zupełnie inaczej, niż sobie wyobrażali.
- Bądź na bieżąco! Wejdź na stronę główną RMF24.pl
Przez wieki alchemicy próbowali znaleźć sposób na przemianę ołowiu w złoto. Dziś wiemy, że to dwa różne pierwiastki, których nie da się zamienić zwykłą chemią. Różni je liczba protonów w jądrze atomowym - ołów ma ich 82, a złoto 79. Czy wystarczy więc "odjąć" trzy protony, by powstało złoto? Okazuje się, że w świecie fizyki jądrowej jest to możliwe, choć wymaga warunków, które trudno sobie wyobrazić poza najnowocześniejszymi laboratoriami.
Kluczem do tej nietypowej "alchemii" są zderzenia z udziałem jąder ołowiu, które naukowcy przeprowadzają w akceleratorze cząstek. W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w szwajcarskim CERN jądra te rozpędzane są niemal do prędkości światła i kierowane na siebie z ogromną energią. Celem takich eksperymentów jest odtworzenie warunków panujących tuż po Wielkim Wybuchu, ale przy okazji dochodzi do niecodziennych zjawisk.
Podczas jednego z eksperymentów, prowadzonego w ramach projektu ALICE, fizycy zaobserwowali przypadkową przemianę ołowiu w złoto. W wyniku zderzeń powstało ok. 29 bilionowych części grama złota - to niewyobrażalnie mało, ale wystarczająco dużo, by zarejestrować i opisać to zjawisko.
W jądrze atomowym protony i neutrony są związane bardzo silnymi siłami jądrowymi. Oderwanie choćby jednego protonu wymaga gigantycznej energii - znacznie większej niż ta, która towarzyszy wyładowaniom atmosferycznym. W LHC uzyskano takie warunki, zderzając jądra ołowiu z ogromną prędkością. Gdy dwa jądra mijają się bardzo blisko, lecz nie dochodzi do bezpośredniego zderzenia, potężne pole elektromagnetyczne może "wyrwać" z nich kilka protonów.
Jeśli z jądra ołowiu uda się "wyciągnąć" dokładnie trzy protony, powstaje atom złota. To efekt niezwykle rzadki, ale w warunkach LHC - możliwy do zaobserwowania.
Jak naukowcy wiedzą, że doszło do przemiany ołowiu w złoto? W eksperymencie ALICE wykorzystuje się zaawansowane detektory, tzw. kalorymetry zerowego stopnia, które rejestrują liczbę oderwanych protonów. Choć nie obserwują bezpośrednio powstających jąder złota, mogą precyzyjnie wyliczyć, ile ich powstało na podstawie liczby utraconych protonów.
Wyniki? Podczas jednej sekundy zderzania wiązek ołowiu w LHC powstaje ok. 89 tysięcy jąder złota. To niejedyny efekt - naukowcy zaobserwowali także powstawanie talu (po utracie jednego protonu) oraz rtęci (po utracie dwóch).
Choć brzmi to jak spełnienie alchemicznych marzeń, produkcja złota w LHC dla naukowców jest bardziej kłopotem niż powodem do radości. Gdy jądro ołowiu traci protony, zmienia swoją trajektorię i szybko wypada z wiązki, uderzając w ścianki akceleratora. To powoduje spadek intensywności wiązki i utrudnia prowadzenie eksperymentów. Z perspektywy fizyków, przypadkowa produkcja złota to efekt uboczny, który trzeba brać pod uwagę przy planowaniu przyszłych badań.
