Per šimtmečius tai buvo neįmanoma alchemikų svajonė. Šiandien didžiausiame dalelių greitintuve planetoje šis eksperimentas buvo atliktas atsitiktinai. Problema ta, kad sukurtas auksas egzistuoja trumpiau nei akimirka ir sveria mažiau nei nematoma dulkių dalelė.
Per šimtmečius idėja paversti šviną auksu buvo pagrindinis alchemijos simbolis: ambicijų, misticizmo ir primityvios mokslo mišinys. Niekam tai nepavyko. Bent jau iki šiol.
CERN (Europos branduolinės mokslinių tyrimų organizacijos) mokslininkai Didžiajame hadronų greitintuve (LHC) pasiekė būtent tai: pavertė švino branduolius auksu. Tai nebuvo tikslas, tai nebuvo pelninga ir tai nebuvo matoma plika akimi. Bet tai įvyko, ir pirmą kartą buvo galima tiksliai išmatuoti.
Tai ne magija: tai ekstremali fizika, beveik šviesos greičiu.
Skirtumas tarp švino ir aukso periodinėje lentelėje yra paprastas: švinas turi 82 protonus, o auksas – 79 protonus.
Jei iš švino branduolio „pašalinti“ tris protonus, jis nustoja būti švinu ir tampa auksu. Teoriškai tai paprasta. Praktikoje tai beveik neįmanoma… jei neturite vieno iš galingiausių kada nors sukurtų įrenginių.
LHC švino branduoliai pagreitinami iki 99,999993 % šviesos greičio. Esant tokioms energijoms, elektromagnetiniai laukai tampa tokie intensyvūs, kad kai du branduoliai praeina labai arti vienas kito, bet nesusiduria tiesiogiai, įvyksta ekstremalus reiškinys: tam tikras fotonų blyksnis, galintis išmesti protonus ir neutronus iš branduolio.
Šis procesas vadinamas elektromagnetine disociacija. Labai retais atvejais jis veda prie to, apie ką svajojo alchemikai.
Eksperimentas, kurio metu buvo aptiktas auksas… absurdiškai mažais kiekiais
Šis atradimas buvo išmatuotas ALICE, vienu iš didžiausių LHC eksperimentų. Nuo 2015 iki 2018 metų mokslininkai atrado kažką nuostabaus. Buvo suformuota apie 86 milijardai aukso branduolių, o tai atitinka 29 pikogramus. Tai yra 29 trilijoninės gramo dalys.
Kad būtų aiškiau: net mikroskopu šis kiekis būtų nematomas. Šiandien LHC pagamina iki 89 000 aukso branduolių per sekundę, bet mes vis dar esame šviesmečių atstumu nuo to, kad gautume kažką apčiuopiamo.
Alchemija buvo pasiekta. Verslas – ne.
Kaip išmatuoti tai, ko nematyti
ALICE naudoja ypač tikslų sistemą: nulio temperatūros kalorimetrus, esančius daugiau nei 100 metrų nuo susidūrimo taško. Šie detektoriai skaičiuoja protonus ir neutronus, kurie po kiekvieno įvykio išmetami beveik tiesia linija.
Naudodami šiuos duomenis, mokslininkai tiksliai atkuria, kas įvyko kiekvienu susidūrimo momentu, pavyzdžiui, kada branduolys liko švinu, kada tapo talio, kada virto gyvsidabriu ir kada galiausiai tapo auksu.
Tai pirmasis atvejis, kai šios transmutacinės reakcijos buvo išmatuotos kanalas po kanalo su beprecedenčiu detalumu.
Duomenys buvo palyginti su viena iš plačiausiai naudojamų modelių tokio tipo reakcijoms, vadinama RELDIS. Ir tada įvyko netikėtas dalykas.
Modelis kai kuriais atvejais veikia gerai, bet jis nepakankamai įvertina įvykius, kai prarandamas vienas ar du protonai, nuo 17 % iki 25 %, ir pervertina kitus specifinius kanalus iki trijų kartų, taigi, net turėdama per dešimtmečius sukauptą teoriją, branduolinė fizika šių energijų srityje vis dar turi neaiškių momentų. O jų matavimas yra raktas į pažangą.
Nors niekas neketina praturtinti saugyklos auksu iš LHC, šis atradimas turi realių pasekmių, pavyzdžiui, padeda geriau suprasti pagrindines fotobranduolines reakcijas būsimiems greitintuvams arba leidžia tiksliau suprojektuoti elektronų ir jonų greitintuvą, kuris jau yra planavimo stadijoje.
LHC saugumo ir efektyvumo gerinimas
Kiekvieną kartą, kai švino atomo branduolys transformuojasi į kitą elementą, jis nukrypsta nuo nustatytos trajektorijos ir susiduria su greitintuvo sienomis. Tai lemia spindulių praradimą, o tai riboja eksperimentų efektyvumą. Supratimas, kada ir kaip tai vyksta, leidžia mums optimizuoti kolimatorius, apsaugoti infrastruktūrą ir išnaudoti kiekvieną darbo valandą.
Galų gale, ši istorija nėra apie turtus ar magiją. Ji apie supratimą procesų, kurie vyksta per sekundės dalis, subatominiu mastu, bet kurie lemia vienos sudėtingiausių žmonijos sukurtų mašinų veikimą.
Alchemikai ieškojo aukso, kad praturtėtų. CERN fizikai jį sukuria atsitiktinai kad visata taptų šiek tiek mažiau paslaptinga.
