Алхимия 2.0: как превратить свинец в золото в XXI веке?

В погоне за престижем и богатством состоятельные люди средневековой Европы тщетно пытались превратить обычные металлы в золото. Сегодня этот процесс, известный как хрисопея, в основном считается алхимической мечтой. Но есть ли научные доказательства того, что металлы можно превратить в золото?

На самом деле это возможно, но, как показывает практика, это будет далеко не прибыльный бизнес.

Идея превращения металлов в золото восходит к Древней Греции и философу Зосиму из Панополиса. Он считал, что превращение неблагородных металлов в золото является отражением очищения и искупления души, и эта работа имела глубокое духовное значение. Когда эта концепция вновь появилась в средневековой Европе, она имела чисто практическую направленность: превращение дешёвого металла в золото было верным путём к богатству.

«Натурфилософы придерживались идеи созревания», — рассказал Live Science Умберто Веронези, археолог и специалист по культурному наследию из Лиссабонского университета NOVA в Португалии. «Недрагоценные металлы считались неочищенными и в конечном счёте должны были созреть до самой чистой формы — золота. Единственная проблема заключалась в том, что на Земле это происходило очень медленно».

Видео от DGL.RU

Алхимики верили, что если бы они только могли создать философский камень — мифическое вещество, — то смогли бы ускорить процесс созревания. Считалось, что металлы содержат смесь основных компонентов: ртути, серы и соли. Поэтому они выдвинули гипотезу, что если изменить соотношение этих компонентов и удалить все примеси, то все металлы в конечном счёте превратятся в золото.

«Хрисопея в целом соответствовала существовавшим в то время теориям материи и теориям трансформации, — сказал Веронези. — Никто особо не сомневался, что это возможно».

Появление современной науки в XVII и XVIII веках постепенно дискредитировало эти идеи, и алхимия была забыта в пользу новых дисциплин — химии и физики. Однако, как ни странно, учёные-ядерщики почти столетие хранили в тайне это легендарное превращение.

Сегодня мы знаем, что химический элемент определяется количеством протонов в его ядре. Желанное золото атомы содержит 79 протонов, а свинец — 82.

«Ядро удерживается вместе за счёт сильного взаимодействия, и удалить протон или нейтрон очень сложно», — сказал Александр Кальвейт, физик, работающий на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН в Швейцарии.

Однако перегруппировка этих фундаментальных компонентов атома означает, что теоретически возможно преобразовать один элемент в другой. «Если у вас достаточно энергии, вы действительно можете выполнять такие операции, — сказал Калвейт. — Когда вы удаляете три протона из ядра свинца, вы создаёте ядро золота».

О первом успешном превращении другого металла в золото стало известно в 1941 году, когда учёные из Гарварда использовали ускоритель частиц, чтобы направить ядра лития и дейтерия на атомы ртути, в которых на один протон больше, чем в золоте. Высокоэнергетические частицы выбивали протоны и нейтроны из ядер ртути, создавая три короткоживущих радиоактивных изотопа золота, которые быстро распадались, поскольку высокоэнергетические ядра были нестабильными.

Сорок лет спустя это выдающееся достижение было повторено лауреатом Нобелевской премии по химии Гленном Сиборгом в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в Калифорнии. Его команда исследовала фрагментацию ядер висмута при релятивистских (со скоростью света) столкновениях и превратила несколько тысяч атомов этого элемента в золото, бомбардируя образец ядрами углерода и неона в ускорителе частиц.

Сегодня исследовательские группы на ускорителях частиц по всему миру продолжают сообщать о получении золота в качестве побочного продукта своих экспериментов. На Большом адронном коллайдере команда Кальвейта изучает столкновения ионов свинца, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.

«При лобовых столкновениях мы, по сути, высвобождаем кварки, которые находятся внутри протонов и нейтронов, и они на короткое время образуют состояние вещества, существовавшее через несколько микросекунд после Большого взрыва в ранней Вселенной, — объяснил он. — Это так называемая кварк-глюонная плазма».

Эти лобовые столкновения настолько интенсивны, что протоны и нейтроны полностью разрушаются. Но при столкновениях с меньшей энергией, когда частицы находятся очень близко друг к другу, но не соприкасаются, возникает мощное электромагнитное поле, которое выбивает протоны из ядер свинца. В результате команда обнаружила около 29 триллионных долей грамма золота за три года эксперимента.

Однако, несмотря на то, что мечта алхимиков сбылась, маловероятно, что физики-ядерщики когда-нибудь получат прибыль от синтеза золота в ускорителе частиц. Затраты на строительство и эксплуатацию такого объекта, как Большой адронный коллайдер, астрономически высоки по сравнению со стоимостью произведённого золота. По оценкам, эксперименты Сиборга в 1980-х годах обошлись примерно в триллион раз дороже произведённого золота. Кроме того, из-за редкости интересных взаимодействий исследователям приходится просматривать миллиарды точек данных, чтобы хотя бы идентифицировать преобразованные атомы.

«С 1940-х годов было проведено множество экспериментов по добыче золота, — сказал Калвейт. — Но все они объединяет то, что ни один из них даже близко не был рентабельным».

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