Физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) совершили прорыв, впервые измерив превращение свинца в золото в экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК). Как рассказывает hightech.fm, учёные коллаборации ALICE зафиксировали, как ядра свинца теряют протоны под воздействием электромагнитных полей, становясь ядрами золота. Исследование, опубликованное в 2025 году, не только подтверждает возможности ядерной трансмутации, но и проливает свет на физику кварк-глюонной плазмы. Рассказываем, как это произошло, почему золото остаётся недостижимым богатством и что это значит для науки.

Как свинец стал золотом?

Эксперименты на БАК с ядрами свинца направлены на создание кварк-глюонной плазмы — состояния материи, существовавшего во Вселенной спустя микросекунды после Большого взрыва. Однако побочным эффектом этих столкновений стало открытие ядерной трансмутации.

Механизм процесса

  • Условия: ядра свинца (82 протона, 126 нейтронов) ускоряются до 99.999993% скорости света, создавая мощные электромагнитные поля.
  • Близкие промахи: иногда ядра пролетают рядом, не сталкиваясь. Их поля порождают фотонные импульсы, вызывающие взаимодействия типа фотон-фотон или фотон-ядро.
  • Электромагнитная диссоциация: фотон возбуждает ядро свинца, вызывая колебания его структуры. Это приводит к выбросу частиц — нейтронов или протонов.
  • Трансмутация: потеря трёх протонов превращает свинец (82 протона) в золото (79 протонов).

Измерения

С помощью нулевых калориметров детектора ALICE физики подсчитали частоту таких превращений:

  • Скорость: ~89,000 ядер золота в секунду в точке столкновения ALICE.
  • Объём: за 2015–2018 годы (второй запуск БАК) в четырёх экспериментах создалось ~86 млрд ядер золота, или 29 пикограмм (2.9×10⁻¹¹ г).
  • Долговечность: ядра золота существуют лишь доли секунды, сталкиваясь с инфраструктурой коллайдера и распадаясь.

«Наши детекторы, справляющиеся с тысячами частиц при лобовом столкновении, оказались достаточно чувствительными, чтобы уловить редкие электромагнитные процессы, где образуется всего несколько частиц», — отметил Марко Ван Леувен, участник ALICE.

Мечта алхимиков: реальность и ограничения

Средневековые алхимики мечтали превратить неблагородные металлы, такие как свинец, в золото. С развитием ядерной физики в XX веке это стало технически возможно, но эксперимент ЦЕРН — первое прямое измерение такого процесса в коллайдере. Однако надежды на богатство остаются утопией:

  • Микроскопические объёмы: 29 пикограмм золота — это меньше массы пылинки, невидимой глазу.
  • Энергозатраты: работа БАК требует мегаватт энергии, делая процесс в миллионы раз дороже, чем добыча золота (цена за унцию ~$2600 в 2025 году).
  • Нестабильность: ядра золота распадаются почти мгновенно, что исключает их практическое использование.

Тем не менее, открытие важно для науки:

  • Оно подтверждает теории электромагнитных взаимодействий в экстремальных условиях.
  • Данные помогут уточнить модели кварк-глюонной плазмы и ядерных процессов.
  • Технология детекторов ALICE демонстрирует невероятную точность, сравнимую с изучением чёрных дыр (AJL, JCAP).

Что дальше?

Физики планируют:

  • Увеличить частоту столкновений на БАК (запуск Run 4 в 2029 году) для сбора данных о других трансмутациях (например, свинец в ртуть, 80 протонов).
  • Усовершенствовать детекторы для изучения редких фотонных процессов.
  • Использовать данные для моделирования ранней Вселенной, связывая плазму с космологией (исследования метеоритов, Nature Communications).

Эти шаги приблизят нас к пониманию фундаментальных законов физики и, возможно, откроют новые способы манипуляции атомами.

Заключение

Физики ЦЕРН воплотили мечту алхимиков, превратив свинец в золото на Большом адронном коллайдере. Эксперимент ALICE показал, что ядра свинца теряют три протона, становясь золотом, со скоростью 89,000 ядер в секунду, но в микроскопических объёмах (29 пикограмм за годы). Это не сделает никого богаче, но подтверждает мощь современной физики и открывает новые горизонты для изучения Вселенной.