Uresničene alkimistične sanje: v Cernu svinec spremenili v zlato

Eden najbolj želenih produktov alkimije je bilo zlato, ki bi ga pridobili iz običajnih kovin, na primer svinca, ki ima podobno gostoto kot rumena žlahtna kovina. Prizadevanja srednjeveških alkimistov se niso obrestovala, saj sta svinec in zlato različna kemična elementa in s kemičnimi metodami ni mogoče pretvoriti enega v drugega.

So pa fiziki v zadnjem stoletju ugotovili, da se težki elementi lahko pretvorijo v druge, bodisi naravno, z radioaktivnim razpadom, bodisi v laboratoriju, z »bombardiranjem« z nevtroni ali protoni. Zlato so na ta način umetno proizvedli že prej, v Cernu pa so v eksperimentu Alice izmerili transmutacijo svinca v zlato z novim mehanizmom, ki vključuje skorajšnje trke med jedri svinca v velikem hadronskem trkalniku (LHC).

Kot so pojasnili v sporočilu za javnost, »visokoenergijski trki med jedri svinca v LHC lahko ustvarijo kvarčno-gluonsko plazmo, vročo in gosto stanje snovi, ki naj bi približno milijoninko sekunde po velikem poku napolnilo vesolje, in bilo osnova za snov, ki jo poznamo danes«. Pogostejše pa so interakcije, pri katerih se jedra zgrešijo, ne da bi se dotaknila; intenzivna elektromagnetna polja, ki jih obdajajo, povzročijo interakcije foton-foton in foton-jedro, kar odpira nadaljnje možnosti za raziskovanje.

»Elektromagnetno polje, ki ga oddaja jedro svinca, je še posebej močno, ker vsebuje 82 protonov, od katerih vsak nosi en elementarni naboj. Zaradi zelo velike hitrosti, s katero se gibljejo jedra svinca v LHC (99,999993 odstotka svetlobne hitrosti), se linije elektromagnetnega polja sploščijo v tanek sloj, prečno na smer gibanja, kar sproži kratkotrajen pulz fotonov. To pogosto sproži proces, imenovan elektromagnetna disociacija, pri katerem lahko foton v interakciji z jedrom vzbudi nihanje njegove notranje strukture, kar povzroči izmet majhnega števila nevtronov in protonov. Da bi ustvarili zlato (jedro, ki vsebuje 79 protonov), je treba iz jedra svinca odstraniti tri protone,« so pretvorbo svinca v zlato opisali v Cernu.

Ilustracija bližnjega srečanja ionov v LHC, pri čemer je stekel proces, da je izbilo tri protone in dva nevrona, posledično je iz svinca nastalo zlato. FOTO: Cern  

Pojasnili so še, da so raziskovalci eksperiment Alice uporabili za štetje števila interakcij med fotonom in jedrom in izmet nobenega, enega, dveh ali treh protonov, ki ji je spremljal vsaj en nevtron, kar je povezano s proizvodnjo svinca, talija, živega srebra in zlata. Največkrat jim je uspelo narediti talij (jedro z 81 protoni) in živo srebro (80 protonov), pa tudi zlato, vendar zlato obstaja le majhen delček sekunde. »Jedra zlata izstopijo iz trka z zelo visoko energijo in zadenejo cev snopa LHC ali kolimatorje na različnih točkah v smeri toka, kjer se takoj razdrobijo na posamezne protone, nevtrone in druge delce,« so dodali.

Analiza je pokazala, da je bilo v drugi fazi delovanja LHC (2015-2018) v štirih glavnih poskusih ustvarjenih približno 86 milijard jeder zlata. Sliši se morda veliko, vendar to prevedeno v maso ustreza le 29 pikogramom (2,9 ×10^-11 grama). Ker se svetilnost v LHC zaradi rednih nadgradenj naprav nenehno povečuje, je v tretji fazi obratovanja nastala skoraj dvakrat večja količina zlata kot v drugi, vendar je skupna količina še vedno bilijonkrat manjša od tiste, ki bi bila potrebna za izdelavo nakita. »Čeprav so se sanje srednjeveških alkimistov tehnično uresničile, so se njihovi upi na bogastvo ponovno razblinili,« so sklenili v Centru. A za raziskovalce je bilo to drugačno bogastvo – bogastvo znanja, saj s temi poskusi izboljšujejo tudi teoretične modele elektromagnetne disociacije, kar je zanimivo za razumevanje samega procesa pa tudi za »razumevanje in napovedovanje izgub žarka, ki so glavna omejitev zmogljivosti LHC in prihodnjih trkalnikov«.