کیمیاگری به واقعیت پیوست؛ بزرگ‌ترین برخورددهنده ذرات دنیا اتم‌های سرب را به طلا تبدیل کرد

کیمیاگران قرون وسطی به دنبال این بودند که سرب را به طلا تبدیل کنند؛ اما نتایج مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که شاید اگر به جای سنگ کیمیا از شتاب‌دهنده ذرات استفاده می‌کردند، موفق‌ می‌شدند.

دانشمندان در برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) در سرن (سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای) اعلام کردند در دومین دوره فعالیت این شتاب‌دهنده، بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۸، درنتیجه‌ی برخورد اتم‌های سرب با سرعتی معادل ۹۹٫۹۹۹۹۹۳ درصد سرعت نور، حدود ۸۶ میلیارد هسته طلا تولید شده است.

در آن آزمایش، تنها ۲۹ تریلیونیم گرم طلا حاصل شده و  این طلا پس از تولید، با لوله‌ای که پرتوها از آن عبور می‌کنند برخورد می‌کند و در کمتر از یک ثانیه تجزیه می‌شود. با‌این‌حال، حتی این تغییرات خیلی سریع هم توسط آشکارسازهای پروژه آلیس (آزمایش برخورددهنده یون‌های بزرگ) قابل شناسایی و ثبت هستند.

مارکو ون لیوون، سخنگوی آلیس در بیانیه‌ای گفت: «خیلی شگفت‌انگیز است که دستگاه‌های ما می‌توانند برخوردهایی را که هزاران ذره ایجاد می‌کنند، مدیریت کنند. همچنین، این دستگاه‌ها قادرند برخوردهایی را شناسایی کنند که تنها چند ذره تولید می‌کنند. این توانایی به ما امکان می‌دهد که فرآیندهای نادر تبدیل هسته‌ای الکترومغناطیسی را مطالعه کنیم.»

براساس نظریات فلسفی ارسطو، کیمیاگران معتقد بودند که چگالی مشابه سرب و طلا نشانه‌ی «بیماری» سرب است و می‌توان آن را با تبدیل به طلا «درمان» و به فلزی باارزش تبدیل کرد. باور کیمیاگران باستان مبنی بر اینکه سرب می‌تواند به طلا تبدیل شود، درست نبود؛ اما در یک مورد حق با آن‌ها بود: سرب و طلا از نظر ساختار اتمی به هم نزدیک هستند. طلا ۷۹ پروتون دارد، در حالی که سرب ۸۲ پروتون دارد.

برای تبدیل سرب به طلا در شتاب‌دهنده‌های ذرات، باید سه پروتون و (مقداری از نوترون‌ها) از هسته سرب جدا شوند. اگر فقط یک یا دو پروتون از هسته سرب جدا شود، به جای طلا، دو فلز دیگر به نام‌های تالیوم و جیوه به وجود می‌آیند.

فیزیکدان‌ها برای اندازه‌گیری فلزاتی که در داخل شتاب‌دهنده LHC تولید می‌شوند، از دستگاه‌های بسیار حساسی به نام کالریمترهای درجه صفر (ZDCs) استفاده کردند. این دستگاه‌ها می‌توانند پروتون‌ها و نوترون‌های جریان‌یافته از میلیاردها برهمکنش ذره‌ای را که در هر ثانیه در داخل شتاب‌دهنده اتفاق می‌افتد، اندازه‌گیری کنند.

در آزمایش توصیف‌شده، طلا کمتر از فلزات دیگری مثل تالیم یا جیوه تولید می‌شود، اما در دوره سوم آزمایش، طلا با سرعتی بسیار بالا (حدود ۸۹ هزار هسته در ثانیه)  تولید می‌شود. این میزان تولید طلا تقریبا دو برابر مقدار تولیدی دوره قبلی محسوب می‌شود و علت آن است که میزان انرژی در دوره سوم آزمایش بیشتر شده است.

اولیانا دیمیتریوا، فیزیکدان پروژه آلیس می‌گوید به‌لطف ویژگی‌های خاص کالریمترهای ZDC در این آشکارساز، اولین بار است که دانشمندان به‌طور سیستماتیک و تجربی توانسته‌اند نشانه‌های تولید طلا در LHC را شناسایی و تحلیل کنند.

جان جوت، فیزیکدان دیگر آزمایش می‌گوید نتایج این آزمایش، علاوه بر کشف نکات جدید در فیزیک، به بهبود مدل‌های نظری مربوط به واپاشی الکترومغناطیسی کمک کرده است. این مدل‌ها نه تنها ازنظر علمی جالب هستند، بلکه برای درک و پیش‌بینی از دست‌رفتن پرتوها که یکی از مشکلات اصلی عملکرد LHC  و شتاب‌دهنده‌های آینده است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.