Философский камень: ученые создали золото и просто уничтожили его
Алхимики средневековья бились над разгадкой "философского камня", мечтая превратить свинец в золото.
Их теория была наивной, но удивительно близкой к истине — ведь в периодической таблице эти два металла и впрямь стоят рядышком. Золото (Au, 79 протонов) от свинца (Pb, 82 протона) отделяют всего три элементарных кирпичика. Но если бы алхимикам раскрыли главный секрет трансмутации, они бы охотно променяли реторты и колбы на один прибор — Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе.
Современные учёные, сами того не планируя, воплотили средневековую фантазию в жизнь. Во время второго этапа работы БАК (2015-2018 гг.) произошло нечто невероятное: в ходе столкновения разогнанных до 99,999993% скорости света ядер свинца образовалось… около 86 миллиардов ядер золота. Да, это не опечатка — миллиардов. Вот только "золотой клад" уместился бы на кончике иглы: всего 29 триллионных долей грамма.
Чтобы осознать масштабы, представьте: каждую секунду внутри коллайдера происходят миллиарды взаимодействий частиц. Из этого космического хаоса детекторы эксперимента ALICE (один из четырёх гигантских детекторных комплексов БАК) научились вылавливать самые неуловимые сигналы. Это как найти конкретную песчинку на пляже длиной 300 километров.
Само золото живёт считаные мгновения — сталкивается с металлической пучковой трубой и распадается за доли секунды. Но за эти крошечные доли секунды приборы успевают зафиксировать: да, это золото, а не что-то иное. Секрет чувствительности — в особых приборах под названием калориметры нулевой степени (ZDC). Это, упрощённо говоря, сверхточные счётчики, которые отличают протоны от нейтронов в океане частиц.
Что интересно, золото не единственный "побочный продукт" адронного коллайдера. Параллельно образуются таллий, ртуть и ещё с десяток редких элементов. Но именно золото вышло на первое место в последнем, третьем этапе эксперимента (Run 3). Сейчас БАК штампует около 89 000 золотых ядер в секунду — почти вдвое больше, чем раньше. Причина роста проста: инженеры нарастили энергию столкновений, и алхимия стала ещё эффективнее.
Получается, мечты средневековых мудрецов всё-таки сбылись? Не совсем. Золото БАКа — вовсе не клад для человечества, а ключ к новым физическим моделям. Ультрачувствительные детекторы ALICE помогают физикам уточнить теорию электромагнитной диссоциации. А это, в свою очередь, спасёт будущие коллайдеры от главной головной боли — потерь пучка частиц. Представьте себе тоннель длиной 27 километров, где сверхбыстрые "снаряды" не теряются, а бьют точно в цель.
Выходит, философский камень всё же существует. Только вместо волшебства — киловатты энергии, математические модели и гениальные инженеры. Алхимики бы ахнули: "Вот она, настоящая трансмутация — не в тигле, а в сердце материи".
Уточнения
Большо́й адро́нный колла́йдер сокращённо БАК (англ. Large Hadron Collider, сокращённо LHC) — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Построен в ЦЕРНе (Европейский совет ядерных исследований), находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции.