Новости - Отрасли ТЭК

Сбылась мечта алхимиков: ученые превратили свинец в золото


16.05.25 09:33
Сбылась мечта алхимиков: ученые научились превращать свинец в золото Превращение неблагородного металла свинца в драгоценное золото было мечтой средневековых алхимиков. Давний поиск рецепта получил свое название — хризопея. Лишь гораздо позже стало ясно, что свинец и золото — это разные химические элементы, и преобразовать один в другой людям не под силу.

С зарождением ядерной физики в XX веке было обнаружено, что тяжелые элементы могут преобразовываться в другие, либо естественным путем, путем радиоактивного распада, либо в лаборатории, под воздействием нейтронов или протонов. Коллаборация ALICE измерила превращение свинца в золото на Большом адронном коллайдере с помощью нового механизма, включающего столкновения ядер свинца.
 
Чрезвычайно высокоэнергетические столкновения ядер свинца могут создавать кварк-глюонную плазму, горячее и плотное состояние материи, которая, как полагают, заполнила вселенную примерно за миллионную долю секунды после Большого взрыва, дав начало материи, которую мы знаем сейчас. Однако в гораздо более частых взаимодействиях, когда ядра просто промахиваются, не «касаясь» друг друга, интенсивные электромагнитные поля, окружающие их, могут вызывать фотон-фотонные и фотон-ядерные взаимодействия, которые открывают дальнейшие пути исследования.
 
Электромагнитное поле, исходящее от ядра свинца, особенно сильное, поскольку ядро ​​содержит 82 протона, каждый из которых несет один элементарный заряд. Более того, очень высокая скорость, с которой ядра свинца движутся в Большом адронном коллайдере (соответствующая 99,999993% скорости света), заставляет линии электромагнитного поля сжиматься в тонкий блин, поперечный направлению движения, создавая кратковременный импульс фотонов. Часто это запускает процесс, называемый электромагнитной диссоциацией, при котором фотон, взаимодействующий с ядром, может возбуждать колебания его внутренней структуры, что приводит к выбросу небольшого количества нейтронов и протонов. Чтобы создать золото (ядро, содержащее 79 протонов), необходимо удалить три протона из ядра свинца.
 
«Впечатляет то, что наши детекторы могут обрабатывать лобовые столкновения, производящие тысячи частиц, и в то же время быть чувствительными к столкновениям, в которых одновременно производится всего несколько частиц, что позволяет изучать процессы электромагнитной «ядерной трансмутации»», — говорит Марко Ван Лиувен, представитель ALICE.
 
Команда ALICE использовала калориметры с нулевым градусом детектора (Zero Degree Calorimeter, ZDC) для подсчета количества фотон-ядерных взаимодействий, которые привели к испусканию одного, двух и трех протонов в сопровождении по крайней мере одного нейтрона, которые связаны с производством свинца, таллия, ртути и золота соответственно. Хотя это происходит реже, чем создание таллия или ртути, результаты показывают, что в настоящее время Большой адронный коллайдер производит золото с максимальной скоростью около 89 000 ядер в секунду из столкновений свинца со свинцом. Ядра золота вылетают из столкновения с очень высокой энергией и попадают в трубу пучка или коллиматоры в различных точках ниже по потоку, где они немедленно фрагментируются на отдельные протоны, нейтроны и другие частицы. Золото существует всего лишь крошечную долю секунды.
 
Анализ ALICE показывает, что во время второго запуска БАКа (2015–2018 гг.) в четырех основных экспериментах было создано около 86 миллиардов ядер золота. По массе это соответствует всего 29 пикограммам (2,9 × 10-11 г). Поскольку светимость постоянно увеличивается благодаря регулярным обновлениям машин, в третьем запуске было произведено почти вдвое больше золота, чем во втором, но общее количество все еще составляет в триллионы раз меньше, чем потребовалось бы для изготовления ювелирного украшения. Хотя мечта средневековых алхимиков технически сбылась, роль «философского камня» Большому адронному коллайдеру пока не удается: чтобы получить один грамм золота, БАК должен непрерывно работать миллионы лет.
 
«Благодаря уникальным возможностям ALICE ZDC, настоящий анализ является первым, в котором систематически обнаружены и проанализированы признаки производства золота на Большом адронном коллайдере экспериментальным путем», — говорит Ульяна Дмитриева из коллаборации ALICE.
 
Фотография детектора ALICE (изображение: CERN)







О проекте Размещение рекламы на портале Баннеры и логотипы "Energyland.info"
Яндекс цитирования         Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика