Исследователи коллаборации ALICE, работающие на Большом адронном коллайдере, впервые посчитали частоту преобразований атомов свинца в другие элементы в качестве побочного эффекта в экспериментах при столкновениях ядер на высоких энергиях.
Основная цель экспериментов с ядрами свинца — получение кварк-глюонной плазмы, горячего и плотного состояние материи, которое, как считается, заполнило Вселенную после Большого взрыва. Однако когда ядра пролетают чрезвычайно близко, но не «касаясь» друг друга, окружающие их интенсивные электромагнитные поля могут вызывать взаимодействия фотон-фотон и фотон-ядро.
В ядрах свинца, движущихся со скоростью 99,999993% от скорости света, такие «близкие промахи», создают кратковременные фотонные импульсы. Это вызывает электромагнитную диссоциацию, при которой фотон, взаимодействующий с ядром, может возбуждать колебания внутренней структуры атома, что приводит к выбросу небольшого количества нейтронов и протонов.
Используя нулевые калориметры детектора ALICE, физики идентифицировали случаи, когда под воздействием этих электромагнитных полей ядра свинца (82 протона) теряли три протона, превращаясь в ядра золота (79 протонов). Анализ показал, что в текущих экспериментах коллайдер производит золото со скоростью около 89 000 ядер в секунду в точке столкновения ALICE.
За время второго запуска коллайдера с 2015 по 2018 год в четырех экспериментах было создано около 86 млрд ядер золота или 29 пикограмм (2,9×10⁻¹¹ г). При этом получившиеся ядра крайне недолговечны: они существуют лишь доли секунды, прежде чем столкнуться с инфраструктурой коллайдера и распасться.
Впечатляет, что наши детекторы, способные справляться с лобовыми столкновениями, в результате которых образуются тысячи частиц, в то же время чувствительны и к столкновениям, в ходе которых одновременно образуется лишь несколько частиц, что позволяет изучать редкие электромагнитные процессы ядерной трансмутации.
Марко Ван Леувен, участник коллаборации ALICE
Превращение неблагородного металла свинца в драгоценный металл золото было мечтой средневековых алхимиков. Хотя с рассветом ядерной физики она технически осуществилась, надежды на богатство остаются недостижимыми: современная «алхимия» получить золото в микроскопических количествах и с огромными затратами энергии, которые не оправдывают превращение.
Читать далее:
Ученые решили проблему, которая мешала запуску термоядерных реакторов почти 70 лет
Старая модель не работает: ученые ищут новые объяснения устройства Вселенной
Хокинг предсказал гибель Земли: оказалось, НАСА сочло угрозу реальной
На обложке: часть детектора ATLAS Большого адронного коллайдера. Изображение: Maximilien Brice, CERN, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons