A Nagy Hadronütköztető (LHC) tudósai az ALICE kísérlet során egyedülálló eredményt értek el: sikerült megfigyelniük, ahogy az ólom atomjai arannyá alakulnak. Bár ez nem a középkori alkímia csodája, a jelenség lenyűgöző bizonyítéka a modern magfizika lehetőségeinek. A kísérlet fő célja a kvark-gluon plazma – az ősrobbanás utáni pillanatokban létező anyagállapot – vizsgálata volt, de az ólomionok fénysebességhez közeli ütköztetése során más elemek, köztük arany keletkezését is megfigyelték. Ebben a cikkben bemutatjuk, hogyan történt ez a tudományos áttörés, és mit jelent a fizika jövője szempontjából. Olvass tovább, hogy megismerd a modern „alkímia” titkait!
Nem alkímia, hanem magreakció
Az ALICE kísérlet során az LHC ólomionokat ütköztetett 99,999993%-os fénysebességgel. Az ólom atommagja 82 protont és körülbelül 126 neutront tartalmaz, míg az aranyé 79 protont. Az átalakuláshoz három proton elvesztésére van szükség az ólom atommagjából. Ez nem hagyományos „transzmutáció”, hanem egy magreakció, amelyet az ütközések során keletkező extrém elektromágneses mezők tesznek lehetővé. Ezek a mezők rövid, de rendkívül erőteljes fényimpulzusokat hoznak létre, amelyek képesek „kitépni” a protonokat az ólom atommagjából, így arannyá alakítva azt.
Hogyan működik? Az LHC detektorai, különösen az ALICE kísérlethez használt nulla fokos kaloriméterek (ZDC), képesek rögzíteni ezeket a ritka elektromágneses folyamatokat. A tudósok megfigyelték, hogy az ütközések során az ólom atommagjai nulla, egy, két vagy három proton elvesztésével más elemekké, például talliummá, higannyá vagy arannyá alakulnak.
Az ALICE kísérlet és az arany keletkezése
Marco Van Leeuwen, az ALICE kollaboráció képviselője kiemelte, hogy a detektoraik lenyűgöző képessége, hogy egyszerre kezelik az ezer részecskét létrehozó frontális ütközéseket és az olyan ritka folyamatokat, mint a magtranszmutáció, amelyek csak néhány részecskét eredményeznek. Az ALICE kísérlet során másodpercenként körülbelül 89 000 arany atommag keletkezik az ólomionok 174 milliárd atomjából, amelyek a gyorsítóban keringenek. Ez a mennyiség azonban elenyésző: az arany atommagok nagy energiával a gyorsító falának csapódnak, majd szétesnek, így nem gyűjthetők össze.
Ulyana Dmitrieva, az ALICE kollaboráció tagja hangsúlyozta, hogy a ZDC detektorok egyedülálló képességei tették lehetővé az arany keletkezésének szisztematikus megfigyelését és elemzését, ami az első ilyen jellegű kísérleti bizonyíték az LHC-n. John Jowett, szintén az ALICE csapat tagja hozzátette, hogy az eredmények nemcsak tudományos érdekességet jelentenek, hanem segítenek finomítani az elektromágneses disszociáció elméleti modelljeit. Ezek a modellek kulcsfontosságúak a részecskepályák veszteségeinek előrejelzéséhez, ami az LHC és a jövőbeli ütköztetők teljesítményének korlátja.
Mit jelent ez a tudomány számára?
Bár az arany keletkezése ritka és a keletkező mennyiség elhanyagolható, a kísérlet jelentős tudományos eredményeket hozott:
- Magfizikai betekintés: Az ólom arannyá alakulásának megfigyelése új adatokat szolgáltat az anyag extrém körülmények közötti viselkedéséről.
- Technológiai fejlődés: A kísérlet eredményei segítenek optimalizálni az LHC működését és a jövőbeli gyorsítók tervezését azáltal, hogy pontosabb modelleket nyújtanak az elektromágneses disszociációról.
- Történelmi párhuzam: Bár nem gazdasági célú „aranygyártásról” van szó, a kísérlet szimbolikusan valóra váltotta az alkimisták álmát, bizonyítva, hogy az elemek átalakítása lehetséges.
A kutatás részletes eredményeit a Physical Review C tudományos folyóiratban publikálták.
Ne számíts „aranylázra”!
Bár a kísérlet izgalmas, nem jelenti azt, hogy az LHC aranybányává válik. Az előállított arany mennyisége pikogrammokban mérhető, és az atomok instabilak, gyorsan szétesnek. A kísérlet jelentősége inkább a tudományos felfedezésekben rejlik, mintsem gyakorlati alkalmazásokban. Az ALICE kísérlet továbbra is a kvark-gluon plazma és az univerzum korai állapotainak kutatására fókuszál, de ez a „melléktermék” – az ólom arannyá alakulása – lenyűgöző bizonyítéka annak, mire képes a modern fizika.
Kezdj el ma érdeklődni a részecskefizika iránt, és kövesd a CERN legújabb felfedezéseit, hogy még többet tudj meg az univerzum titkairól!
