В Средние века алхимики стремились превратить свинец в золото, используя свои загадочные методы. Современные физики, работающие в Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН, достигли аналогичного результата, но с использованием высоких технологий и научных подходов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review C.
Согласно недавним исследованиям, проведённым в период с 2015 по 2018 год, БАК произвёл около 86 миллиардов ядер золота из свинца. Несмотря на это, общее количество полученного золота оказалось ничтожным — всего 29 пикограммов, что соответствует триллионным долям грамма. Эти ядра существовали лишь доли секунды, но сам процесс их формирования стал значимым достижением.
Физики смогли количественно оценить образование золота, изучив взаимодействия протонов и нейтронов в ядрах свинца. Используя калориметры нулевой степени детектора ALICE, команда под руководством Ульяны Дмитриевой впервые обнаружила и проанализировала признаки образования золота в таких условиях.
Свинец и золото находятся близко друг к другу в периодической таблице: золото содержит 79 протонов, а свинец — 82. Это позволяет предположить, что, удаляя несколько протонов и нейтронов из атома свинца, можно получить атом золота. Однако для этого требуется коллайдер, способный ускорять частицы до необходимых энергий.
Процесс получения золота в БАК требует значительных затрат и ресурсов, и, вероятно, не является самым эффективным способом для его получения. Тем не менее, свинец считается самым популярным материалом для экспериментов, в ходе которых золото образуется как побочный продукт.
Исследовательская группа ALICE изучила, как золото образуется во время близких взаимодействий ядер свинца, движущихся на скорости 99,999993% от скорости света. При таких условиях ядро свинца создаёт электромагнитное поле, которое генерирует импульс фотонов, способствующих взаимодействию между ядрами.
В результате этих взаимодействий не только образуется золото, но и другие элементы, такие как таллий и ртуть. Участники эксперимента смогли количественно оценить образование всех трёх элементов, используя ZDC-счётчики для подсчёта свободных нейтронов.
Хотя золото образуется в меньших количествах по сравнению с таллием и ртутью, его производство на БАК достигает 89 000 ядер в секунду в ходе столкновений свинца. Однако, как и в средневековой алхимии, полученные ядра быстро распадаются на более простые частицы.
Научные достижения в области физики частиц позволяют учёным не только сталкивать атомы с невероятной скоростью, но и исследовать изменения, происходящие в результате этих столкновений. Как отмечает физик-ядерщик Марко ван Леувен, современные детекторы способны фиксировать как массовые столкновения, так и редкие процессы, что значительно расширяет наши знания о ядерной трансмутации.
Источник: esoreiter.ru
