Ученые, имитируя Большой взрыв, случайно превратили свинец в золото
Средневековые алхимики мечтали превратить свинец в золото. Сегодня мы знаем, что свинец и золото – это разные элементы, и никакие химические реакции не могут трансформировать один в другой. Но современная физика доказала: превращение возможно, хотя и выглядит совсем не так, как представляли себе искатели философского камня.
Недавно международная коллаборация, работающая на Большом адронном коллайдере на границе Швейцарии и Франции, сообщила о том, что им удалось зафиксировать превращение свинца в золото. Правда, речь идет о мизерных количествах: всего около 29 триллионных долей грамма золота, да и существует оно не дольше микросекунды.
Свинец и золото – соседи по таблице Менделеева. В ядре атома свинца 82 протона, у золота – 79. Разница всего в три протона. Если бы мы могли аккуратно удалить из свинцового ядра три положительно заряженные частицы, то получили бы золото.
Звучит просто, но на практике это невероятно сложно. Протоны в ядре удерживаются мощнейшими силами – сильным ядерным взаимодействием. Чтобы «выбить» протон, нужно приложить колоссальную энергию. Требуемое электрическое поле должно быть примерно в миллион раз сильнее того, что создает молния в атмосфере.
Физики смогли создать такие условия, разогнав ядра свинца до скорости 99,999993% от скорости света и столкнув их друг с другом.
Самый интересный эффект возникает не при лобовом столкновении, а когда ядра пролетают очень близко друг от друга, почти касаясь. Хотя ядра не соприкасаются, их мощные электромагнитные поля взаимодействуют. Быстро меняющееся поле между ядрами заставляет их вибрировать и время от времени испускать протоны. Если одно из них испустит ровно три протона, ядро свинца превратится в золото.
Само золото ученые не видят напрямую. Они используют специальные детекторы. Эти приборы улавливают осколки ядер и считают выбитые протоны и нейтроны. Понимая, сколько частиц потеряло исходное ядро, физики могут с уверенностью сказать, какой новый элемент образовался.
Расчеты показали, что при работе коллайдера в режиме столкновений свинца за секунду образуется около 89 000 ядер золота. За весь период второго запуска БАКа (2015–2018 годы) накопилось около 86 миллиардов атомов золота – этого хватило бы разве что на одно микроскопическое украшение, но создать его невозможно, поскольку новые ядра быстро разрушаются.
После того как ядро свинца трансформируется, потеряв протоны, оно перестает находиться на идеальной орбите, которая поддерживает его движение внутри вакуумного пучка Большого адронного коллайдера. Через несколько микросекунд оно сталкивается со стенками коллайдера.
Этот эффект приводит к снижению интенсивности пучка с течением времени. Поэтому для ученых образование золота на коллайдере на самом деле скорее доставляет неудобства, чем приносит пользу.
Однако понимание этой случайной алхимии имеет важное значение для осмысления экспериментов и для разработки еще более масштабных экспериментов будущего.
По материалу independent.co.uk