Gdzie nauka spotyka się z magią: CERN i LHC
Europejski Ośrodek Badań Jądrowych (CERN) w pobliżu Genewy znany jest z przełomowych badań nad strukturą materii. To właśnie tam znajduje się Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) – największy i najpotężniejszy akcelerator cząstek na świecie. Ma aż 27 kilometrów długości i pozwala na zderzanie wiązek atomów z prędkością bliską światła.
Najnowsze eksperymenty prowadzone w ramach projektu ALICE (A Large Ion Collider Experiment) wykazały coś, co brzmi jak opowieść z bajki: w laboratorium udało się przemienić ołów w złoto.
Alchemicy byliby w szoku
Zamiana ołowiu w złoto była marzeniem ludzi już setki lat temu. Alchemicy wierzyli, że skoro oba metale są ciężkie i gęste, to da się jakoś „przerobić” jeden na drugi. Mylili się co do sposobu, ale nie do idei – dziś wiemy, że taki proces rzeczywiście jest możliwy. Nie chemicznie, jak chcieli oni, ale... fizycznie, w sercu jądra atomowego.
To właśnie udało się zespołowi naukowców z eksperymentu ALICE, prowadzonego w największym na świecie akceleratorze cząstek, zlokalizowanym pod granicą francusko-szwajcarską.
Choć może się to wydawać cudownym odkryciem, proces jest całkowicie zgodny z prawami fizyki jądrowej. Chodzi o zjawisko dysocjacji elektromagnetycznej, czyli oddziaływań między bardzo silnymi polami elektromagnetycznymi wokół szybko poruszających się jąder ołowiu.
„Zrobiliśmy to, co przez wieki było marzeniem alchemików”
Jak komentują sami naukowcy, to wydarzenie to prawdziwy przełom w badaniach nad tzw. transmutacją jądrową.
Zespół ALICE za pomocą specjalnych kalorymetrów zerowych (ZDC) był w stanie policzyć, ile razy z jądra zostało „strącone” zero, jeden, dwa lub trzy protony. To pozwoliło ustalić, że w niektórych przypadkach dochodzi do powstania jąder złota.
Dzięki unikalnym możliwościom ALICE ZDC, nasza analiza jest pierwszą, która systematycznie wykrywa i analizuje sygnaturę produkcji złota w LHC w sposób eksperymentalny.
– Uliana Dmitrieva, członkini zespołu ALICE..
Ile złota udało się stworzyć? Liczby robią wrażenie… i rozczarowują
Z danych wynika, że LHC produkuje nawet 89 tysięcy jąder złota na sekundę. Brzmi jak fortuna? Niestety – tylko z pozoru.
Po pierwsze: te jądra istnieją przez ułamek sekundy, zanim się rozpadną na inne cząstki. Po drugie: nawet w ciągu kilku lat eksperymentów (Run 2 w latach 2015–2018), udało się wytworzyć tylko około 86 miliardów jąder złota, co daje... 29 pikogramów. Dla porównania: milion pikogramów to jeden mikrogram, a milion mikrogramów to gram. Innymi słowy – z tego złota nie zrobimy nawet najmniejszego kolczyka.
To imponujące, że nasze detektory potrafią poradzić sobie zarówno z ogromnymi zderzeniami, w których powstają tysiące cząstek, jak i z tak subtelnymi procesami, w których mamy do czynienia tylko z kilkoma cząstkami.
– Marco Van Leeuwen, rzecznik eksperymentu ALICE..
Co dalej? Bogactwa nie będzie, ale nauka kwitnie
Nie liczmy więc na zalanie rynku złotem z CERN – to po prostu nierealne. Ale czy to znaczy, że ten eksperyment nie ma sensu? Wręcz przeciwnie. To, co osiągnięto, to ogromny krok w rozumieniu zachowania materii na najbardziej podstawowym poziomie.
Eksperymenty takie jak ALICE nie służą do produkcji materiałów – ich celem jest zrozumienie, jak działa wszechświat, jak wyglądała materia w pierwszych mikrosekundach po Wielkim Wybuchu i co możemy z tego wyciągnąć.
Wyniki pozwalają również na przetestowanie i udoskonalenie teoretycznych modeli dysocjacji elektromagnetycznej.
– John Jowett, kolejny badacz z grupy eksperymentującej w ramach projektu ALICE.
To ważne, bo te modele są potrzebne do planowania przyszłych eksperymentów, a także do rozwoju technologii akceleratorów. Dzięki nim wiemy więcej, a ta wiedza może kiedyś przyczynić się do odkryć, które zmienią nasze życie – nawet jeśli nie zamienią ołowiu w złoto na skalę przemysłową.
Choć udało się spełnić wielowiekowe marzenie o przemianie ołowiu w złoto, naukowcy zgodnie podkreślają, że nie ma co liczyć na finansowe zyski. Cały proces wymaga olbrzymiej infrastruktury, kosztuje miliony euro i daje mniej niż ziarnko pyłu.
Nie oznacza to jednak, że eksperyment był tylko naukową ciekawostką. To ważny krok w zrozumieniu fundamentalnych praw przyrody. Dzięki takim badaniom fizycy mogą lepiej projektować przyszłe akceleratory i kontrolować straty energii, które – paradoksalnie – mogą się brać właśnie z takich „alchemicznych” transmutacji.
