Физики из ЦЕРН (CERN — Европейская организация по ядерным исследованиям), работающие на Большом адронном коллайдере (БАК — крупнейший в мире ускоритель частиц), впервые представили прямое измерение превращения свинца в золото во время высокоэнергетических столкновений частиц.
Команда идентифицировала создание атомных ядер золота путём тщательного анализа продуктов взаимодействия с использованием калориметров нулевого угла ALICE ZDC (ZDC – детектор для измерения энергии частиц, пролетающих вблизи оси пучка).
«Благодаря уникальным возможностям ZDC детектора ALICE (ALICE — один из основных экспериментов на БАК), этот анализ является первым, который систематически обнаружил и проанализировал характерный след производства золота на БАК экспериментально», — сказала Ульяна Дмитриева из коллаборации ALICE (группа учёных, работающих над экспериментом ALICE).
Это знаменательное исследование знаменует современное исполнение древней мечты алхимиков о хризопее (искусственное получение золота), хотя и в мимолётном, субатомном масштабе (уровне меньше атома).
«Превращение неблагородного металла свинца в драгоценный металл золото было мечтой средневековых алхимиков. Лишь значительно позже стало ясно, что свинец и золото являются разными химическими элементами, и химические методы бессильны превратить один в другой», — отметила исследовательская группа в пресс-релизе.
Читайте: Втрое больше БАК – В CERN построят 91-км коллайдер будущего (FCC)
Точное количественное определение процесса
Используя мощь БАК, учёные наблюдали это превращение и точно количественно определили процесс, происходящий в экстремальных условиях столкновения ионов свинца.
Инновационный подход коллаборации ALICE сосредоточился на «не лобовых» столкновениях ядер свинца, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.
«Чрезвычайно высокоэнергетические столкновения между ядрами свинца на БАК могут создать кварк-глюонную плазму — горячее и плотное состояние материи, которое, как считается, заполняло Вселенную примерно через миллионную долю секунды после Большого взрыва, породив материю, которую мы знаем сейчас», — отмечается в пресс-релизе.
Чрезвычайно интенсивные электромагнитные поля, генерируемые во время этих близких встреч, высвобождают поток виртуальных фотонов (кратковременно существующих частиц, переносящих электромагнитное взаимодействие).
Эти фотоны могут взаимодействовать с пролетающими ядрами свинца, заставляя их терять протоны (частицы в ядре). Когда ядро свинца (82 протона) теряет три протона, оно превращается (трансмутация, превращение) в золото (79 протонов).
«Впечатляет, что наши детекторы способны обрабатывать лобовые столкновения, производящие тысячи частиц, одновременно будучи чувствительными к столкновениям, где за раз образуется всего несколько частиц, что позволяет изучать редкие электромагнитные процессы ядерной трансмутации», — утверждает доктор Марко Ван Леувен, представитель ALICE.
Отличительные «подписи» ядер золота
Тщательно анализируя продукты этих взаимодействий с помощью калориметров нулевого угла ALICE (ZDC), команда смогла идентифицировать отличительные «подписи» создания ядер золота.
Их анализ показывает, что на БАК в настоящее время производится золото с пиковой скоростью примерно 89 000 ядер в секунду во время столкновений свинца со свинцом в точке взаимодействия ALICE.
Однако золото, созданное в этом процессе, эфемерно (кратковременно). Высокоэнергетические ядра золота существуют лишь ничтожную долю секунды, прежде чем столкнуться с инфраструктурой БАК и распасться.
«Анализ ALICE показывает, что во время Сеанса набора данных 2 (период работы 2015–2018 гг.) на БАК, на четырёх основных экспериментах (4 главных детектора) было создано около 86 миллиардов ядер золота. В пересчёте на массу это соответствует всего 29 пикограммам (триллионные доли грамма – 2.9×10 в −11 г)», — подчёркивается в пресс-релизе.
Перспективы на будущее
Помимо исторического резонанса достижения формы алхимии, это исследование также предлагает ценные данные для работы ускорителей частиц.
«Результаты также тестируют и улучшают теоретические модели электромагнитной диссоциации (распада ядра под действием сильных электромагнитных полей), которые, помимо их собственного физического интереса, используются для понимания и прогнозирования потерь частиц из пучка, являющихся основным ограничением производительности БАК и будущих коллайдеров», — заключил Джон Джоуэтт из коллаборации ALICE.
Хотя БАК в ближайшее время не заменит золотые прииски, этот новаторский эксперимент поможет реализовать вековую мечту с помощью передовой науки в будущем.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU