Миг величайшего открытия: реактор-монстр создал золото… чтобы мгновенно его уничтожить

Средневековые алхимики были одержимы идеей превращения свинца в золото. Эта концепция известна как хрисопея. Но, возможно, им больше повезло бы, если бы они заменили философский камень на ускоритель частиц, как показывают новые результаты. Удивительно, но золото стало ключевым элементом современных ядерных экспериментов.

Ученые из Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН, недалеко от Женевы, выяснили, что во время второго запуска ускорителя в период с 2015 по 2018 год было создано около 86 миллиардов ядер золота в результате столкновения атомов свинца на скорости, составляющей 99,999993 % от скорости света.

В результате образуется крошечное количество золота — всего 29 триллионных долей грамма, — которое затем сталкивается с пучком частиц и распадается за доли секунды. Однако даже эта почти мгновенная жизнь и смерть были зафиксированы детекторами коллаборации ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Это золото, хоть и кратковременное, стало важным научным открытием.

«Впечатляет то, что наши детекторы могут регистрировать лобовые столкновения, в результате которых образуются тысячи частиц, а также чувствительны к столкновениям, в результате которых образуется всего несколько частиц, что позволяет изучать редкие процессы электромагнитной „ядерной трансмутации“», — Марко ван Леувен, представитель ALICE, заявил в своём обращении.

Опираясь на философские догадки Аристотеля, алхимики считали, что одинаковая плотность свинца и золота указывает на то, что свинец «болен» и может быть вылечен путём трансмутации в ценное золото. Современная наука доказала: золото действительно можно создать искусственно, но процесс крайне сложен.

Это означает, что для образования золота в результате столкновений на мощных ускорителях частиц необходимо отщепить от свинца всего три протона (вместе с несколькими нейтронами). Если отщепить один или два протона, образуются таллий и ртуть соответственно.

Чтобы определить количество этих металлов, образовавшихся внутри БАК, физики использовали высокочувствительные калориметры нулевого градуса (ZDC) в составе ALICE, которые измеряют количество протонов и нейтронов, образующихся в результате миллиардов взаимодействий частиц, происходящих внутри коллайдера каждую секунду.

Результаты показали, что, хотя золото образуется реже, чем таллий или ртуть, в ходе третьего этапа эксперимента оно генерируется с максимальной скоростью около 89 000 ядер в секунду. Это золото, пусть и существующее мгновения, открывает новые горизонты в физике элементарных частиц.

«Благодаря уникальным возможностям детекторов ZDC в ALICE этот анализ стал первым, в котором систематически выявляются и анализируются признаки образования золота на Большом адронном коллайдере», — говорится в заявлении Ульяны Дмитриевой, физика из коллаборации ALICE.

«Полученные результаты также позволяют протестировать и усовершенствовать теоретические модели электромагнитной диссоциации, которые, помимо собственного физического интереса, используются для понимания и прогнозирования потерь пучка, которые являются основным фактором, ограничивающим производительность БАК и будущих коллайдеров», — добавил Джон Джоуэтт, ещё один физик, участвовавший в эксперименте.

Когда Вселенная погибнет?