Vedci v európskom laboratóriu časticovej fyziky CERN zmerali množstvo zlata, ktoré vznikne pri experimentoch.
Detektor ALICE, CERN. Zdroj: CERN
Medzinárodná organizácia CERN sa zameriava na skúmanie základných otázok časticovej fyziky. Pri vysokoenergetických zrážkach jadier olova vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) môže vzniknúť kvark-gluónová plazma, o ktorej sa predpokladá, že zaplnila vesmír v milióntinách sekundy po veľkom tresku a stojí za vznikom hmoty, ako ju poznáme dnes.
Oveľa častejšie sa však jadrá stretnú bez toho, aby sa dotkli. Pri takýchto interakciách, ako informuje CERN v tlačovej správe, dochádza aj k premene olova na zlato. Lepšie pochopenie tohto procesu pomôže vedcom zlepšiť výkon Veľkého hadrónového urýchľovača.
Dávny sen alchymistov
Vyrobiť z olova zlato bolo už oddávna snom alchymistov, nikdy sa ho však nepodarilo uskutočniť chemickou cestou. Motivované mohlo byť pozorovaním, že olovo má podobnú hustotu ako zlato. V alchýmii sa umelá výroba zlata, najčastejšie z kovov, ako je olovo, označuje termínom chrysopeia (zo starogréckeho khrusopoiía, čo znamená výroba zlata).
Ako sa však neskôr zistilo, olovo a zlato majú napriek podobnej hustote rozdielne prvky (jadro olova má 82 protónov a jadro zlata 79 protónov).
Jadrová transmutácia
Premena sa podarila až v počiatočnom období časticovej fyziky v 20. storočí. Fyzici zistili, že ťažké prvky sa môžu premeniť na iné, a to buď prirodzene, rádioaktívnym rozpadom, alebo v laboratóriu bombardovaním neutrónov alebo protónov. Ide o proces zvaný jadrová transmutácia.
Vedci v CERN-e teraz tento proces potvrdili detektorom ALICE (A Large Ion Collider Experiment) a zmerali množstvo zlata, ktoré touto cestou pri experimentoch vzniklo. ALICE je totiž jediný experiment s detektorom nastaveným na pozorovanie tohto procesu.
Môže za to silné magnetické pole
Ako dochádza k premene olova na zlato? Proces prebieha počas bežnej prevádzky Veľkého hadrónového urýchľovača. Nie je však výsledkom zrážky častíc, ale ich extrémne blízkeho preletu a pôsobením intenzívneho magnetického poľa jadier.
Zrýchlené jadrá olova letia v tuneli Veľkého hadrónového urýchľovača dlhom 27 kilometrov rýchlosťou na úrovni 99,999 993 percenta rýchlosti svetla. Ak popri sebe preletia v tesnej blízkosti, intenzívne magnetické pole jadier spôsobí rozkmitanie ich vnútornej štruktúry a vymrštenie malého počtu neutrónov a protónov. Ide o proces, ktorý sa označuje elektromagnetická disociácia. Vo Veľkom hadrónovom urýchľovači touto cestou vznikajú z olova atómy tália s protónovým číslom 81, atómy ortuti s protónovým číslom 80 a v menšej miere aj atómy zlata s protónovým číslom 79.
Ilustrácia ultraperiférnej zrážky, pri ktorej dva zväzky iónov olova (208Pb) vo Veľkom hadrónovom urýchľovači prechádzajú tesne vedľa seba bez toho, aby sa zrazili. V procese elektromagnetickej disociácie môže fotón interagujúci s jadrom vyvolať oscilácie jeho vnútornej štruktúry a viesť k vyvrhnutiu malého počtu neutrónov (dvoch) a protónov (troch), pričom vznikne jadro zlata (203Au). Zdroj: CERN
Pozrite si
Len malý zlomok sekundy
Podľa vedcov takto vzniká 89 000 jadier zlata za sekundu. Lenže, ako sa uvádza v tlačovej správe, „zlato existuje len na malý zlomok sekundy“. Väčšina nestabilných, rýchlo sa pohybujúcich atómov zlata existovala približne 1 mikrosekundu, kým sa neroztrieštili o experimentálne zariadenie alebo sa nerozpadli na iné častice.
V druhom období prevádzky Veľkého hadrónového urýchľovača v rokoch 2015 až 2018 vzniklo v celom urýchľovači približne 86 miliárd jadier zlata, čo podľa vedcov zodpovedá 29 pikogramom zlata. V treťom období prevádzky sa množstvo vzniknutých atómov zlata takmer zdvojnásobilo.
„Na výrobu zlata (jadra so 79 protónmi) sa musia z jadra olova v lúčoch Veľkého hadrónového urýchľovača odstrániť tri protóny,“ vysvetlil CERN vo vyhlásení k štúdii uverejnenej v časopise Physical Review Journals. Celkové množstvo však bolo stále biliónkrát menšie, ako by bolo potrebné na výrobu šperku, čo podľa odborníkov marí akékoľvek nádeje alchymistov.
„Sen stredovekých alchymistov sa síce technicky splnil, ale ich nádeje na bohatstvo boli opäť zmarené,“ zakončil CERN.
Zdroj: CERN, science.ORF.at, Nature
(zh)
