|
На БАК превратили свинец в золото
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Physical Review C, сотрудники ALICE сообщают об измерениях, которые количественно определяют превращение свинца в золото на Большом адронном коллайдере (БАК) ЦЕРНа.
|
|
|
|
Превращение неблагородного металла свинца в драгоценный металл золото было мечтой средневековых алхимиков. Этот давний поиск, известный как хризопея, возможно, был вызван наблюдением за тем, что тускло-серый, относительно распространенный свинец по плотности близок к золоту, которое издавна считалось желанным из-за своего красивого цвета и редкости. Лишь гораздо позже стало ясно, что свинец и золото - это разные химические элементы и что химические методы бессильны превратить один из них в другой.
|
|
|
|
С началом развития ядерной физики в 20 веке было обнаружено, что тяжелые элементы могут превращаться в другие — либо естественным путем, путем радиоактивного распада, либо в лабораторных условиях, под воздействием нейтронов или протонов. Хотя золото искусственно производилось таким способом и раньше, в настоящее время коллаборация ALICE измерила превращение свинца в золото с помощью нового механизма, включающего столкновения ядер свинца на большом адронном коллайдере.
|
|
|
|
|
|
|
Столкновения ядер свинца с чрезвычайно высокой энергией в БАКЕ могут привести к образованию кварк-глюонной плазмы – горячего и плотного состояния вещества, которое, как считается, заполнило Вселенную примерно через миллионную долю секунды после Большого взрыва, породив ту материю, которую мы теперь знаем. Однако при гораздо более частых взаимодействиях, когда ядра просто не соприкасаются друг с другом, интенсивные электромагнитные поля, окружающие их, могут вызывать взаимодействия фотон–фотон и фотон–ядро, которые открывают дальнейшие возможности для исследований.
|
|
|
|
Электромагнитное поле, исходящее от ядра свинца, особенно сильно, поскольку ядро содержит 82 протона, каждый из которых несет один элементарный заряд. Более того, очень высокая скорость, с которой движутся ядра свинца в БАКЕ (соответствующая 99,999993% скорости света), приводит к тому, что силовые линии электромагнитного поля сжимаются в тонкую лепешку поперек направления движения, создавая кратковременный импульс фотонов.
|
|
|
|
Часто это запускает процесс, называемый электромагнитной диссоциацией, при котором фотон, взаимодействующий с ядром, может вызывать колебания его внутренней структуры, что приводит к выбросу небольшого количества нейтронов и протонов. Чтобы создать золото (ядро, содержащее 79 протонов), необходимо удалить три протона из свинцового ядра в пучках БАК.
|
|
|
|
"Впечатляет тот факт, что наши детекторы могут обрабатывать лобовые столкновения, в результате которых образуются тысячи частиц, и в то же время они чувствительны к столкновениям, при которых одновременно образуется всего несколько частиц, что позволяет изучать редкие электромагнитные процессы "ядерной трансмутации"", - говорит Марко Ван Левен, представитель ALICE.
|
|
|
|
Команда ALICE использовала калориметры нулевой степени детектора (ZDC) для подсчета количества взаимодействий фотона с ядром, которые привели к испусканию нуля, одного, двух и трех протонов, сопровождаемых по меньшей мере одним нейтроном, которые связаны с образованием свинца, таллия, ртути и золота соответственно.
|
|
|
|
Хотя это происходит реже, чем образование таллия или ртути, результаты показывают, что в настоящее время БАК производит золото с максимальной скоростью около 89 000 ядер в секунду в результате столкновений свинца со свинцом в точке столкновения ALICE. В результате столкновения образуются ядра золота с очень высокой энергией, которые попадают в лучевую трубу БАК или коллиматоры в различных точках по потоку, где они немедленно распадаются на отдельные протоны, нейтроны и другие частицы. Золото существует всего лишь крошечную долю секунды.
|
|
|
|
Анализ ALICE показывает, что во время второго запуска БАК (2015-2018) в ходе четырех основных экспериментов было создано около 86 миллиардов ядер золота. В пересчете на массу это соответствует всего 29 пикограммам (2,9 * 10^-11 г). Поскольку яркость в БАКЕ постоянно увеличивается благодаря регулярным обновлениям оборудования, в ходе третьего этапа было получено почти вдвое больше золота, чем во втором, но общее количество по-прежнему в триллионы раз меньше, чем потребовалось бы для изготовления ювелирного изделия.
|
|
|
|
В то время как мечта средневековых алхимиков технически осуществилась, их надежды на богатство в очередной раз рухнули.
|
|
|
|
"Благодаря уникальным возможностям ALICE ZDCs, данный анализ является первым, который систематически обнаруживает и анализирует признаки производства золота на БАК экспериментально", - говорит Ульяна Дмитриева из ALICE collaboration.
|
|
|
|
"Полученные результаты также проверяют и совершенствуют теоретические модели электромагнитной диссоциации, которые, помимо чисто физических задач, используются для понимания и прогнозирования потерь излучения, которые являются основным ограничением производительности БАК и будущих коллайдеров", - добавляет Джон Джоуэтт, также из коллаборации ALICE.
|
|
|
|
Источник
|
