点铅成金: 物理学家利用大型强子对撞机短暂创造金原子

IT之家5月11日消息，欧洲核子研究中心（CERN）科学家通过大型强子对撞机（LHC）实验，首次系统观测到铅原子核在超高能碰撞中短暂转化为黄金原子核，揭示了核嬗变过程的新机制。

这意味着，研究人员以科学方式实现了炼金术士终极梦想——点石成金，不过这里更准备的说法应该是“点铅成金”。虽然这“点铅成金”的过程极其短暂，且成本高昂。

▲ CERN ALICE 探测器。图源：Maximillien Brice / CERN

这一实验的关键在于铅离子束的“近距错失”碰撞：当携带82个质子的铅离子以极高速度相互“擦肩而过”时，其强大电磁场会激发出光子脉冲。这些高能光子与邻近铅核相互作用，导致后者射出3个质子和若干中子，将铅（82质子）转变为金（79质子）。ALICE团队通过零度量热器（ZDC）精确追踪了伴随中子数的变化，首次系统量化了这一过程。

在2015~2018年LHC第二轮运行期间，ALICE实验团队记录到860亿个金原子核的诞生，总质量仅29皮克（万亿分之一克）。这些金原子核以近光速（99.999993%光速）运动，平均寿命约1微秒。

▲ 高速铅原子核相互碰撞时质子脱落的过程示意图

除金原子外，该过程还产生铊（81质子）和汞（80质子）。数据显示，汞原子核产量最高可达每秒8.9万个，是金的数千倍。CERN物理学家JiangyongJia指出，虽然2002-2004年SPS加速器已观测到铅转金现象，但LHC实验在能量强度、产生概率和观测精度上均有质的提升。

ALICE发言人、乌得勒支大学粒子物理学家MarcovanLeeuwen表示：“探测器既能处理产生数千粒子的对撞，也能捕捉仅产生少数粒子的稀有过程，这种灵敏度令人惊叹。”

研究人员表示，虽然CERN并没有打算开展“炼金”副业，但深入理解光子如何改变原子核，将有助于改进LHC的运行性能，更好地探索宇宙奥秘。

相关论文已于5月7日发表于《物理评论》，并在《自然》刊文报道。