V článku publikovanom v časopise Physical Review Journals tím stojaci za ultracitlivým detektorom ALICE na Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) uvádza merania, ktoré im umožňujú kvantifikovať transmutáciu olova na zlato.
Premena olova zo základného kovu na drahý kov zlato bola snom stredovekých alchymistov. Táto dlhotrvajúca túžba, známa ako chryzopoeia, bola pravdepodobne inšpirovaná pozorovaním, že matne sivé, relatívne bežné olovo má rovnakú hustotu ako zlato, ktoré je už dlho cenené pre svoj krásny lesk, vzácnosť a odolnosť voči žieravým látkam. Až oveľa neskôr sa ukázalo, že olovo a zlato sú odlišné chemické prvky a že chemické metódy nedokážu premeniť základný kov na ušľachtilý.
S rozvojom jadrovej fyziky v 20. storočí sa zistilo, že ťažké prvky sa dajú premeniť na prvky s nižšou atómovou hmotnosťou buď prirodzene rádioaktívnym rozpadom, alebo v laboratóriu pod vplyvom urýchlených neutrónov alebo protónov. Hoci sa zlato týmto spôsobom vyrábalo už predtým, tím ALICE teraz definitívne potvrdil premenu olova na zlato po prvýkrát pomocou neelastických zrážok jadier olova vo Veľkom hadrónovom urýchľovači.
Zrážky jadier olova pri veľmi vysokých energiách môžu vytvoriť kvark-gluónovú plazmu, horúci, ultrahustý stav hmoty, o ktorom sa predpokladá, že zaplnil vesmír milióntinu sekundy po Veľkom tresku. Práve táto plazma dala vzniknúť baryonickej hmote, ktorú poznáme. Avšak v prirodzenejších podmienkach, ako napríklad v LHC, sa jadrá jednoducho míňajú. Zároveň intenzívne elektromagnetické polia, ktoré ich obklopujú, môžu spôsobiť interakcie medzi fotónmi a jadrami.
Očakáva sa, že výstavba Veľkého hadrónového urýchľovača bude dokončená do roku 2035.
Elektromagnetické pole generované jadrom olova je obzvlášť silné, pretože jadro obsahuje 82 protónov, z ktorých každý má jeden elementárny náboj. Veľmi vysoká rýchlosť, akou sa jadrá olova pohybujú v LHC (99,999993 % rýchlosti svetla), spôsobuje, že siločiary elektromagnetického poľa sa sploštia do tenkej placky, priečne k smeru pohybu. To vytvára krátkodobý pulz fotónov. To často spúšťa proces nazývaný elektromagnetická disociácia, pri ktorom fotón interagujúci s jadrom môže vyvolať vibrácie v jeho vnútornej štruktúre. To vedie k emisii malého počtu neutrónov a protónov. Na vytvorenie zlata (jadro obsahujúce 79 protónov) musia byť z oloveného jadra v lúčoch LHC vyradené tri protóny.
Detektory ALICE dokážu detekovať zrážky, ktoré produkujú tisíce častíc alebo len niekoľko z nich. To nám umožňuje študovať procesy elektromagnetickej „jadrovej transmutácie“ s bohatým a slabým výstupom.
Tím ALICE použil ultracitlivé kalorimetre na spočítanie počtu interakcií medzi fotónmi a jadrami olova. Takéto zrážky môžu viesť k uvoľneniu jedného, dvoch alebo troch protónov sprevádzaných aspoň jedným neutrónom. V dôsledku toho sa tvoria jadrá tália, ortuti a zlata. Ak z jadra unikne iba jeden neutrón, vznikne ľahší izotop olova.
Ilustrácia superperiférnej zrážky, kde dva lúče iónov olova-208 v LHC prechádzajú blízko seba bez toho, aby sa zrazili. V procese elektromagnetickej disociácie môže fotón interagujúci s jadrom vyvolať vibrácie v jeho vnútornej štruktúre a viesť k emisii malého počtu neutrónov (dva) a protónov (tri), pričom zanecháva jadro zlata-203.
Hoci k tvorbe tália alebo ortuti dochádza častejšie, výsledky ukazujú, že LHC produkuje zlato maximálnou rýchlosťou približne 89 000 jadier za sekundu. Jadrá zlata vznikajú pri zrážkach s veľmi vysokou energiou a vstupujú do trubice LHC alebo kolimátorov na rôznych miestach po prúde, kde sa okamžite rozpadajú na jednotlivé protóny, neutróny a iné častice. Zlato existuje v urýchľovači ako jadro len nepatrný zlomok sekundy.
Analýza ALICE ukazuje, že počas druhého cyklu LHC (2015 – 2018) bolo v štyroch hlavných experimentoch vytvorených približne 86 miliárd jadier zlata. Z hľadiska hmotnosti to zodpovedá iba 29 pikogramom (2,9 × 10⁻¹1 g). Keďže produktivita Veľkého hadrónového urýchľovača neustále rastie, tretí pokus vyprodukoval takmer dvakrát toľko zlata ako druhý pokus, ale celkové množstvo je stále biliónkrát menšie, ako by bolo potrebné na výrobu šperku. Hoci sa sen stredovekých alchymistov technicky naplnil, ich nádeje na bohatstvo sú ešte v nedohľadne.
Preložil: OZ Biosféra www.biosferaklub.info