A Physical Review C című folyóiratban megjelent tanulmányban az ALICE (A Large Ion Collider Experiment) projekt olyan mérésekről számol be, amelyek az ólom arannyá történő átalakulását képesek számszerűsíteni a CERN Nagy Hadronütköztetőjében (LHC). A CERN a Nukleáris Kutatások Európai Központja, amely Svájcban és Franciaországban működik, az ALICE pedig az LHC nevű részecskegyorsító egyik legnagyobb berendezése. A detektor tömege közel tízezer tonna, magassága 16, hossza 26 méter. A hozzá kapcsolódó kísérletben, az ALICE-együttműködésben negyven ország közel 170 intézetének mintegy kétezer fizikusa és mérnöke dolgozik – köztük magyarok is.

Az ólmot nemesfémmé, arannyá alakítani a középkor alkimistáinak álma volt, amit az a megfigyelés motiválhatott, hogy a szürke, viszonylag nagy mennyiségben előforduló ólom sűrűsége hasonló az aranyéhoz. Csak jóval később vált világossá, hogy az ólom és az arany két különböző kémiai elem, és kémiai módszerekkel nem lehet az ólmot arannyá változtatni.

A 20. században fedezték fel, hogy a nehéz elemek átalakulhatnak más elemekké – ez történhet természetes úton, radioaktív bomlással, illetve laboratóriumban, ha neutronokkal vagy protonokkal bombázzák őket. Bár aranyat már korábban is előállítottak mesterségesen, az ALICE most képest volt mérni az ólom arannyá történő átalakulását egy új eljárás segítségével, amely az LHC-ben az ólomrészecskék ütközésein alapszik.

A nagy energiájú ütközésekkel kvark-gluon plazma hozható létre, egy forró és sűrű állapotú anyag, amely közvetlenül az ősrobbanás után töltötte ki az univerzumot. Az olyan kölcsönhatásokban azonban, amikor az atommagok nem ütköznek, az őket körülvevő intenzív elektromágneses mezők foton-foton és foton-atommag kölcsönhatásokat idézhetnek elő.

Az ólom magrészecskéből kiinduló elektromágneses mező különösen erős, mivel az ólomrészecske 82 protont tartalmaz, amelyek mindegyike egy elemi töltéssel rendelkezik. Ráadásul az a fénysebességhez közeli sebesség, amellyel az ólomrészecskék az LHC-ben mozognak, az elektromágneses mező vonalait összesűríti, ami fotonimpulzust eredményez. Ez gyakorta egy elektrolitikus disszociációnak nevezett folyamatot indít el, amelynek során az atommaggal kölcsönhatásba lépő foton az atommag belső szerkezetében rezgéseket gerjeszt, kis számú neutron és proton kilökődését eredményezve. Az arany létrehozásához három protont kell eltávolítani egy ólomrészecskéből.

Az ALICE csapata a részecskék energiáját mérő kalorimétert arra használta, hogy megszámolja az olyan foton-mag kölcsönhatások számát, amelyek nulla, egy, két és három proton kibocsátását eredményezték legalább egy neutron kíséretében, és amelyek ólom, tallium, higany és arany keletkezéséhez kapcsolhatók.

Az eredmények azt mutatják, hogy az LHC képes aranyat termelni 89 ezer részecske per szekundum mennyiségben az ALICE ütközési pontjánál az ólom-ólom ütközésekből. Ez az arany azonban csak a másodperc töredékéig létezik. Az ALICE elemzése szerint az LHC második futtatása alatt, 2015 és 2018 között, négy nagy kísérlet során mintegy 86 milliárd arany atommag keletkezett, tömegben kifejezve ez mindössze 29 pikogramm (vagyis 0,000000000029 gramm). Az LHC harmadik futtatása során több arany keletkezett, de az összmennyiség még mindig billiószor kevesebb, mint amennyi egy ékszer elkészítéséhez szükséges volna.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: