ALICE, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda kurşunun altına dönüşümünü tespit etti.

Temel metal kurşunu değerli metal altına dönüştürmek ortaçağ simyacılarının bir hayaliydi. Krizopoeya olarak bilinen bu uzun süredir devam eden arayış, donuk gri, nispeten bol kurşunun, uzun zamandır güzel rengi ve nadirliği nedeniyle arzulanan altına benzer bir yoğunluğa sahip olduğu gözleminden kaynaklanmış olabilir. Kurşun ve altının farklı kimyasal elementler olduğu ve kimyasal yöntemlerin birini diğerine dönüştürmekte yetersiz olduğu ancak çok daha sonra anlaşıldı.

20. yüzyılda nükleer fiziğin doğuşuyla birlikte, ağır elementlerin başka elementlere dönüşebildiği keşfedildi - ya doğal olarak, radyoaktif bozunma yoluyla - ya da laboratuvarda, nötron veya proton bombardımanı altında. Altın daha önce bu şekilde yapay olarak üretilmiş olsa da, ALICE iş birliği şimdi LHC'de kurşun çekirdekleri arasında neredeyse çarpışmalar içeren yeni bir mekanizma ile kurşunun altına dönüşümünü ölçtü.LHC'deki öncü çekirdekler arasındaki aşırı yüksek enerjili çarpışmalar, Büyük Patlama'dan yaklaşık bir milyonda bir saniye sonra evreni doldurduğu düşünülen sıcak ve yoğun bir madde hali olan kuark-gluon plazması yaratabilir ve şu anda bildiğimiz maddeye yol açabilir. Ancak, çekirdeklerin "dokunmadan" birbirlerini ıskaladığı çok daha sık etkileşimlerde, onları çevreleyen yoğun elektromanyetik alanlar, daha fazla keşif yolu açan foton-foton ve foton-çekirdek etkileşimlerini tetikleyebilir.

Bir kurşun çekirdeğinden yayılan elektromanyetik alan özellikle güçlüdür çünkü çekirdek 82 proton içerir ve her biri bir temel yük taşır. Dahası, kurşun çekirdeklerinin LHC'de hareket ettiği çok yüksek hız (ışık hızının %99,999993'üne karşılık gelir), elektromanyetik alan çizgilerinin hareket yönüne dik ince bir krepe sıkıştırılmasına neden olur ve kısa ömürlü bir foton darbesi üretir.Bu, sıklıkla elektromanyetik ayrışma adı verilen bir süreci tetikler; bu sayede bir çekirdekle etkileşime giren bir foton, çekirdeğin iç yapısının salınımlarını uyarabilir ve bunun sonucunda az sayıda nötron ve proton atılır. Altın (79 proton içeren bir çekirdek) oluşturmak için, LHC ışınlarında bir kurşun çekirdekten üç proton çıkarılmalıdır.

CERN

ALICE sözcüsü Marco Van Leeuwen, "Dedektörlerimizin binlerce parçacığın oluştuğu önden çarpışmaları algılayabilmesinin yanı sıra, aynı anda yalnızca birkaç parçacığın oluştuğu çarpışmalara da duyarlı olabilmesi ve nadir görülen elektromanyetik 'nükleer dönüşüm' süreçlerinin incelenmesine olanak tanıması etkileyici" diyor.

ALICE ekibi, dedektörün sıfır derece kalorimetrelerini (ZDC) kullanarak, kurşun, talyum, cıva ve altın üretimiyle ilişkili olan en az bir nötron eşliğinde sıfır, bir, iki ve üç proton emisyonuyla sonuçlanan foton-çekirdek etkileşimlerinin sayısını saydı.Talyum veya cıvanın yaratılmasından daha az sıklıkta olsa da, sonuçlar LHC'nin şu anda ALICE çarpışma noktasında kurşun-kurşun çarpışmalarından saniyede yaklaşık 89.000 çekirdeklik maksimum oranda altın ürettiğini göstermektedir. Altın çekirdekleri çarpışmadan çok yüksek enerjiyle çıkar ve akış aşağısındaki çeşitli noktalarda LHC ışın borusuna veya kolimatörlerine çarpar ve burada hemen tek protonlara, nötronlara ve diğer parçacıklara parçalanırlar. Altın sadece saniyenin çok küçük bir kesri kadar varlığını sürdürür.ALICE analizi, LHC'nin 2. Çalışması (2015-2018) sırasında dört büyük deney sırasında yaklaşık 86 milyar altın çekirdeğinin yaratıldığını gösteriyor. Kütle açısından bu, sadece 29 pikograma (2,9 × 10 -11 g) karşılık geliyor. LHC'deki parlaklık, makinelere yapılan düzenli yükseltmeler sayesinde sürekli arttığından, 3. Çalışma, 2. Çalışmanın ürettiğinin neredeyse iki katı altın üretti, ancak toplam hala bir mücevher parçası yapmak için gereken miktardan trilyonlarca kat daha az.

Ortaçağ simyacılarının rüyası teknik olarak gerçek olsa da, zenginlik umutları bir kez daha suya düştü.

ALICE işbirliğinden Uliana Dmitrieva, "ALICE ZDC'lerin benzersiz yetenekleri sayesinde, mevcut analiz LHC'de deneysel olarak altın üretiminin imzasını sistematik olarak tespit eden ve analiz eden ilk analizdir" diyor.ALICE işbirliğinden John Jowett ise şunları ekliyor: "Sonuçlar ayrıca, içsel fizik ilgi alanlarının ötesinde, LHC ve gelecekteki çarpıştırıcıların performansında önemli bir sınır olan ışın kayıplarını anlamak ve tahmin etmek için kullanılan elektromanyetik ayrışmanın teorik modellerini de test ediyor ve geliştiriyor."