Fizičari u CERN-u ostvarili san alhemičara i pretvorili olovo u zlato

Teški sudari između visokoenergetskih jezgara olova na LHC-u generišu intenzivna elektromagnetna polja koja mogu izbaciti protone i transformisati olovo u prolazne količine jezgara zlata.

Transformacija olova kao osnovnog metala u plemeniti metal zlato bio je san srednjovekovnih alhemičara. Ova dugogodišnja potraga, poznata kao hrizopeja, možda je bila motivisana zapažanjem da je mutno sivo, relativno obilno olovo slične gustine kao zlato, koje je dugo bilo traženo zbog svoje prelepe boje i retkosti. Tek mnogo kasnije postalo je jasno da su olovo i zlato različiti hemijski elementi i da hemijske metode nemoćne da pretvore jedno u drugo.

Izvlačeći inspiraciju od filozofskih stavova Aristotela, alhemičari su verovali da su slične gustine dva elementa znaci da je olovo „bolesno“ i može da bude izlečeno ili rafinisano kroz transmutaciju u dragoceno zlato. Ipak, razlika u broju protona ova dva elementa – 82 kod olova u odnosu na 79 kod zlata – učinila je ovakav zadatak nemogućim. Barem što se hemijskih postupaka tiče.

Fizičari u Velikom hadronskom sudaraču, međutim, uspeli su ovom podvigu usmeravajući snopove olova jedan ka drugom, pri brzini gotovo jednakoj brzini svetlosti.

Sudari izuzetno visoke energije između jezgara olova na LHC-u mogu stvoriti kvark-gluonsku plazmu, vruće i gusto stanje materije za koje se smatra da je ispunilo univerzum oko milioniti deo sekunde nakon Velikog praska, dovodeći do materije koju sada poznajemo. Međutim, u daleko češćim interakcijama gde se jezgra jednostavno mimoilaze bez „dodiranja“, intenzivna elektromagnetna polja koja ih okružuju mogu indukovati interakcije foton-foton i foton-jezgro koje otvaraju dalje puteve istraživanja.

Elektromagnetno polje koje emituje jezgro olova je posebno jako jer jezgro sadrži 82 protona, od kojih svaki nosi jedno elementarno naelektrisanje. Štaviše, veoma velika brzina kojom se jezgra olova kreću u LHC-u (što odgovara 99,999993% brzine svetlosti) uzrokuje da se linije elektromagnetnog polja spljošte u tanku palačinku, poprečno na smer kretanja, stvarajući kratkotrajni puls fotona. Često ovo pokreće proces koji se naziva elektromagnetna disocijacija, pri čemu foton koji interaguje sa jezgrom može pobuditi oscilacije njegove unutrašnje strukture, što rezultira izbacivanjem malog broja neutrona i protona. Da bi se stvorilo zlato (jezgro koje sadrži 79 protona), tri protona moraju biti uklonjena iz jezgra olova u LHC snopovima.

Analiza pokazuje da je tokom drugog ciklusa LHC-a (2015–2018) oko 86 milijardi jezgara zlata stvoreno u četiri glavna eksperimenta. Što se tiče mase, to odgovara samo 29 pikograma (2,9 × 10⁻¹¹ g). Pošto se luminozitet u LHC-u stalno povećava zahvaljujući redovnim nadogradnjama mašina, Run 3 je proizveo skoro dvostruko veću količinu zlata nego Run 2, ali ukupna količina i dalje iznosi trilione puta manje nego što bi bilo potrebno za izradu komada nakita. Iako se san srednjovekovnih alhemičara tehnički ostvario, njihove nade o bogatstvu su ponovo uništene.