Една мечта на човечеството от векове се сбъдна. Оловото наистина може да се превръща в злато. В малки количества към момента, но все пак е факт.
Явлението е наблюдавано в големия адронен колайдър (LHC) на ЦЕРН, когато високоенергийните ядра на оловото се разминават на прекалено малко разстояние, като така създават силно електромагнитно поле, което може да избива протони от ядрото и да го трансформира в минимални количества злато. Доказателствата за това бяха публикувани от екипа на ALICE (големият експеримент с колизии на йони) в списанието “Физичен преглед”. В него се отбелязва и приносът на българското Министерство на образованието и науката в рамките на националната пътна карта за научни изследвания 2020-2027 (направление ЦЕРН).
Трансформирането на основния метал олово в скъпоценния метал злато е било основно занимание на алхимиците през Средните векове. Това начинание, което се нарича крисопоея, е било мотивирано от факта, че грозносивото олово има доста сходна плътност със златото.
Което, разбира се, е било скъпоценност още по онова време. Доста по-късно учените разбират, че това са доста различни химични елементи и по химичен начин няма как да се получи някаква трансмутация от единия в другия.
С първите стъпки на нуклеарната физика през XX век бе открито, че тежките елементи могат да се трансформират в други или по естествен път, или при радиоактивен разпад, или в лаборатория, когато са бомбардирани с неутрони и протони. И въпреки че злато е било изкуствено създавано по този начин и преди, ALICE разкрива чисто нов механизъм за трансмутацията, като се използва близко разминаване на оловните ядра в LHC.
Свръхвисоко енергийните сблъсъци между оловните ядра в LHC могат да създадат кварк-глуонова плазма. Това е доста гореща и плътна материя, която според учените е заемала Вселената около 1-милионна част от секундата преди Големия взрив, който е създал материята, която познаваме. И в нея понякога ядрата се разминават на съвсем малка дистанция, без да се докосват. Така се създава мощно електромагнитно поле, което води до взаимодействия протон-протон или протон-ядро. И те откриват съвсем нови пътища за науката.
Електромагнитното поле, което се излъчва от ядрото на оловото, е изключително силно, защото то съдържа 82 протона, всеки от които носи елементарен заряд. Високата скорост, с която те се движат в LHC (тя е 99,999993% от тази на светлината), кара линиите на електомагнитното поле да се смачкват като палачинка в обратната посока на движение. Така се получава краткотраен импулс на протони. Много често това води до процеса, наречен електромагнитна дисасоциация, при който при удара на протон с ядрото генерира вътрешно трептение, при което се отделят малък брой неутрони и протони. И за да се създаде злато (със 79 протона в ядрото), трябва да бъдат загубени три протона от това на оловото.
“Вълнуващо е да гледаш как нашите детектори засичат челни удари, при които се създават хиляди частици, като в същото време са достатъчно чувствителни към удари, при които само малко частици се създават, което ни позволява да изучаваме електромагнитните ядрени процеси”, смята говорителят на ALICE Марко ван Льовен.
Екипът на ALICE е използвал калориметри при нула градуса (ZDC), за да брои взаимодействията, при които се емитират нула, един, два и три протона в компанията на поне един неутрон. Така се получават съответно олово, талий, живак и злато. Въпреки че не са толкова чести, колкото при талия и живака, се доказва, че се произвеждат около 89 000 ядра от злато за секунда.
Проблемът е, че те се разпадат светкавично в протони, неутрони и други частици, когато попадат в лъча на колайдера или стените му.
Анализът на ALICE показва, че при второто пускане на LHC (2015-2018) са произведени около 86 милиарда ядра на злато при четири големи експеримента. Това е около 29 пикограма (2,9 по 10 на степен минус 11). След като светимостта на колайдера се подобрява постоянно с нови части, по време на третото пускане са произведени двойно повече ядра злато, но то все още са трилиони пъти по-малко от необходимото да се направи бижу от него. И въпреки че мечтата на древните алхимици се сбъдна, надеждата им да забогатеят бързо отново е смазана.
“Благодарение на възможностите на ZDC, които използваме в ALICE, сегашният анализ е първият, който систематично засича и анализира сигнатурата на производство на злато при експериментите в колайдера”, твърди Уляна Дмитриева, която е част от екипа на ALICE.
“Резултатите също така тестват и подобряват теоретичните модели на електромагнитната дисоциация, която извън твърдо теоретичния интерес се използва при предвиждането на загубите на лъча. Това е огромно ограничение при работата на LHR и всеки бъдещ колайдер”, допълва нейният колега Джон Джовет.
