LHC pretvara olovo u zlato

U radu objavljenom u časopisu Physical Review Journals, kolaboracija ALICE izvještava o mjerenjima koja kvantificiraju transmutaciju olova u zlato u CERN-ovom Velikom hadronskom sudaraču (LHC-u). 

Pretvaranje osnovnog metala olova u plemeniti metal zlato bio je san srednjovjekovnih alkemičara. Ova dugogodišnja potraga, možda je bila motivirana opažanjem da je mutno sivo, relativno obilno olovo, slične gustoće kao zlato, koje je dugo bilo poželjno zbog svoje prekrasne boje i rijetkosti. Tek je mnogo kasnije postalo jasno da su olovo i zlato različiti kemijski elementi i da kemijske metode ne mogu pretvoriti jedno u drugo.

S pojavom nuklearne fizike u 20. stoljeću otkriveno je da se teški elementi mogu transformirati u druge, bilo prirodno, radioaktivnim raspadom, ili u laboratoriju, bombardiranjem neutronima ili protonima. Iako je zlato već prije umjetno proizvedeno na ovaj način, kolaboracija ALICE sada je izmjerila transmutaciju olova u zlato novim mehanizmom koji uključuje bliske sudare između jezgri olova na LHC-u. 

Sudari ekstremno visokih energija između jezgri olova na LHC-u mogu stvoriti kvark-gluonsku plazmu, vruće i gusto stanje materije za koje se smatra da je ispunilo svemir oko milijuntog dijela sekunde nakon Velikog praska, dajući povoda za materiju koju danas poznajemo. Međutim, u daleko češćim interakcijama gdje se jezgre samo mimoilaze bez "dodirivanja", intenzivna elektromagnetska polja koja ih okružuju mogu izazvati interakcije foton-foton i foton-jezgra koje otvaraju daljnje puteve istraživanja. 

Elektromagnetsko polje koje izvire iz jezgre olova posebno je jako jer jezgra sadrži 82 protona, od kojih svaki nosi jedan elementarni naboj. Štoviše, vrlo velika brzina kojom se jezgre olova kreću u LHC-u (što odgovara 99,999993% brzine svjetlosti) uzrokuje da se linije elektromagnetskog polja zgnječe u tanku palačinku, poprečno smjeru gibanja, stvarajući kratkotrajni puls fotona.

Često to pokreće proces koji se naziva elektromagnetska disocijacija, pri čemu foton koji međudjeluje s jezgrom može pobuditi oscilacije njezine unutarnje strukture, što rezultira izbacivanjem malog broja neutrona i protona. Da bi se stvorilo zlato (jezgra koja sadrži 79 protona), tri protona moraju se ukloniti iz jezgre olova u LHC snopovima. 

ALICE tim koristio je kalorimetre (mjerni instrument za određivanje količine topline koja se oslobađa ili troši tijekom neke kemijske promjene) nultog stupnja (ZDC) detektora kako bi izbrojao broj interakcija fotona i jezgre koje su rezultirale emisijom nula, jednog, dva i tri protona popraćena barem jednim neutronom, što je povezano s proizvodnjom olova, talija, žive i zlata. Iako rjeđe od stvaranja talija ili žive, rezultati pokazuju da LHC trenutno proizvodi zlato maksimalnom brzinom od oko 89.000 jezgri u sekundi iz sudara olova i olova u točki sudara ALICE-a. Jezgre zlata izlaze iz sudara s vrlo visokom energijom i udaraju u cijev snopa LHC-a na raznim točkama nizvodno, gdje se odmah fragmentiraju u pojedinačne protone, neutrone i druge čestice. 

Moramo naglasiti da zlato u tom procesu postoji samo mali djelić sekunde, tako da ne možemo očekivati industrijsku primjenu pretvorbe olova u zlato kao što su to željeli alkemičari.