Senovės alchemikai svajojo paversti šviną auksu. Ši svajonė tapo realybe, bet taip, kad nė vienas juvelyras negalėtų tuo pasinaudoti. Eksperimento metu Didžiajame hadronų greitintuve pirmą kartą buvo išmatuota, kaip švino branduoliai susiduria beveik šviesos greičiu ir virsta auksu, sukuriant nedidelį kiekį šio brangiojo metalo, kuris egzistuoja tik per subatomarę sekundės dalį.
Rezultatas, išreikštas skaičiais, yra įspūdingas ir tuo pačiu metu nuviliantis. Antrajame darbo etape nuo 2015 iki 2018 m. buvo suformuota apie 86 milijardai aukso branduolių. Perskaičiavus į mums visiems suprantamą matą, tai yra apie 29 pikogramai arba 29 trilijoninės gramo dalys, kiekis, nematomas net mikroskopu. Šiuo metu susidūrimai siekia 89 milijardus aukso branduolių per sekundę, bet mes vis dar toli nuo to, kad laboratorijoje pamatytume aukso dalelę.
Kas tiksliai virsta kuo? Periodinėje lentelėje pagrindinis skirtumas tarp švino ir aukso yra labai paprastas. Švino branduolyje yra 82 protonai, o aukso branduolyje – 79. Jei švino branduolys praranda tris protonus, jis virsta auksu. Fizikas Ulrikas Egede tai labai glaustai apibendrina, paaiškindamas, kad teoriškai pakanka pašalinti šiuos tris protonus, nors jis ir nurodo, kad praktiškai tai padaryti „nėra lengva“ .
Norėdami tai pasiekti, mokslininkai naudoja ne magiją, o ekstremalius elektrinius laukus. Švino branduolių pluoštai pagreitinami iki 99,999993 % šviesos greičio. Esant tokiam greičiui, kiekvieno branduolio elektromagnetinis laukas suspaudžiamas į labai intensyvų fotonų impulsą. Kai du branduoliai praskrenda labai arti vienas kito, bet nesusiduria tiesiogiai, šie susidūrimai, vadinami ultraperiferiniais, gali išmušti neutronus ir protonus iš branduolio, į kurį patenka.
Šis procesas vadinamas elektromagnetine disociacija. Daugeliu atvejų išsiskiria tik neutronai, bet kai fotonų energija yra didesnė, gali išsiskirti ir protonai. Naujuose darbose pirmą kartą matuojama, kiek kartų švinas praranda nulį, vieną, du ar tris protonus kartu su neutronais. Kitaip tariant, kiek kartų branduolys lieka švinu, kiek kartų jis tampa talio, gyvsidabrio ar aukso.
Čia padeda tikslūs prietaisai. Naudojami specialūs detektoriai, vadinami nulio laipsnio kalorimetrais, esantys daugiau nei 100 metrų nuo susidūrimo taško, kurie skaičiuoja neutronus ir protonus, išsiskiriančius beveik tiesia linija su spinduliu. Remiantis šiuose detektoriuose sukaupta energija, atkuriama kiekvieno įvykio metu išmestų dalelių kiekis ir apskaičiuojami skerspjūviai, kurie yra kiekvieno transmutavimo tipo tikimybė.
Tyrime šie duomenys lyginami su vienu iš teorinių etaloninių modelių. Ir čia atsiranda netikėtumų.
Modelis tiksliai apibūdina atvejus, kai protonai neišsiskiria, ir kanalus, kuriais išsiskiria trys protonai, susiję su aukso susidarymu. Tačiau jis maždaug 17–25 % nuvertina įvykius su vienu ar dviem protonais ir dvigubai ar trigubai pervertina kanalus, kuriuose stebimas protonas kartu su vienu, dviem ar trimis neutronais. Fizikai daro išvadą, kad modelis turi būti tiksliai suderintas su tuo, kaip jis traktuoja protonų išsiskyrimą ir tarpinę reakcijos fazę.
Kokia prasmė viso to, jei mes nesirengiame užpildyti saugyklų auksu? Viena vertus, tai padeda mums geriau suprasti fotonuotraukų reakcijas, procesus, kuriuose didelės energijos šviesa modifikuoja sunkiuosius branduolius. Ta pati fizika naudojama projektuojant būsimą elektronų-jonų koliderį, kur ji bus svarbi atskiriant įdomius signalus nuo fono, kurį sukuria iš taikinių išsiskiriantys protonai ir neutronai. Kita vertus, šios „atsitiktinės“ transmutacinės reakcijos nėra nekenksmingos pačiam greitintuvui. Kiekvieną kartą, kai švino branduolys virsta talio, gyvsidabrio ar aukso branduoliu, jis nustoja sekti nustatytą orbitą, susiduria su vamzdžio sienelėmis ir prisideda prie spindulių praradimo, o tai riboja spindulių tarnavimo laiką ir fizikams prieinamą ryškumą.
Galų gale, ši aukštųjų technologijų alchemija yra labiau susijusi su efektyvumu ir saugumu nei su turtu. Tiksliai žinodamos, kiek protonų prarandama, kokiomis sąlygomis ir su kokia tikimybe, komandos gali geriau sureguliuoti kolimatorius, planuoti patobulinimus ir maksimaliai išnaudoti kiekvieną darbo valandą. Tai geras priminimas, kad net milžiniškose įstaigose, kur elektros energija ir ištekliai skaičiuojami astronominėmis sumomis, detalės matuojamos pikogramais.
