Мечта алхимиков сбылась на коллайдере: ученые случайно превратили свинец в золото

То, что на протяжении веков считалось магией и несбыточной фантазией средневековых алхимиков, стало реальностью в стенах Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). В ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) физики зафиксировали превращение ядер свинца в золото.

От магии к ядерной физике

Средневековые алхимики тратили жизни, пытаясь найти «философский камень», способный превращать дешевые металлы в благородное золото. С развитием современной химии стало ясно, что обычными химическими реакциями этого достичь невозможно. Суть различия металлов кроется в структуре их атомов: свинец (Pb) имеет в своем ядре 82 протона, в то время как золото (Au) — всего 79. Чтобы превратить один элемент в другой, необходимо не смешивать реактивы, а вмешиваться в саму структуру атомного ядра, удалив из него ровно три протона.

Случайное открытие в поисках истоков Вселенной

Как сообщает газета Independent, открытие произошло в ходе эксперимента ALICE. Первоначальной целью ученых было вовсе не производство драгметаллов. Физики стремились воссоздать состояние материи, которое существовало в первые мгновения после Большого взрыва — так называемую кварк-глюонную плазму.

Для этого пучки ядер свинца разгоняли до скоростей, практически равных скорости света, и сталкивали их друг с другом. Однако именно побочный эффект этих столкновений привел к реализации «алхимического» сценария.

Технология процесса: мощь в миллионы раз сильнее молнии

Превращение происходит благодаря воздействию колоссальных электромагнитных полей. Протоны обладают положительным электрическим зарядом, а значит, на них можно воздействовать извне. Однако для того, чтобы «выбить» протоны из стабильного ядра свинца, требуется поле, интенсивность которого в миллион раз превышает силу разряда молнии.

Такие условия возникают в БАК, когда ядра свинца проходят в непосредственной близости друг от друга, но не сталкиваются «лоб в лоб». В моменты таких сверхпериферических сближений между ядрами возникают мощнейшие электромагнитные силы. Ядра начинают интенсивно колебаться, в результате чего происходит выброс протонов. Если ядро свинца теряет ровно три протона, оно автоматически становится ядром золота.

Результаты эксперимента: сколько стоит «научное» золото?

Детекторы эксперимента ALICE фиксируют количество протонов, вылетающих из ядер. Хотя увидеть сами атомы золота невооруженным глазом невозможно, расчеты подтверждают: в ходе процесса образуется около 89 000 ядер золота в секунду.

Несмотря на впечатляющую цифру, объемы полученного металла ничтожны в промышленных масштабах. За все время эксперимента ученым удалось получить лишь около 29 триллионных долей грамма золота.

Почему мы не станем богаче?

Несмотря на научный триумф, промышленная добыча золота из свинца на коллайдере остается экономически бессмысленной. Стоимость эксплуатации БАК, затраты на электроэнергию и работу тысяч ученых в миллиарды раз превышают рыночную стоимость полученного золота.

Тем не менее, для науки это событие имеет колоссальное значение. Оно не только подтверждает глубокое понимание процессов взаимодействия материи на субъядерном уровне, но и символически ставит точку в многовековом споре человечества с природой: превращение элементов возможно, если в вашем распоряжении есть самая мощная машина в истории человечества.

По материалам: Independent