Bilim İnsanları Kurşunun Büyük Hadron Çarpıştırıcısında Kelimenin Tam Anlamıyla Altına Dönüştüğüne Tanık Oldu

Belki de o eski simyacılar bir parçacık çarpıştırıcısı inşa ediyor olmalıydılar. Yeni bir makaleye göre, CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, tesisin 2015-2018 yılları arasındaki ikinci çalışması sırasında yüksek hızlı kurşun çekirdeklerinden yaklaşık 86 milyar altın çekirdeği üretti.

Bu aslında çok fazla altın değil - bir gramın sadece trilyonda biri. Çok uzun da sürmüyor - sadece bir saniyenin kesri kadar. Ancak burada gerçekten harika olan şey, fizikçilerin altın üretimini ölçme şeklidir: ALICE (Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi) dedektörünün sıfır derece kalorimetrelerini (ZDC'ler) kullanarak kurşun etkileşimlerine dahil olan nötronlara eşlik eden protonların sayısını sayarak.

CERN'deki ALICE işbirliğinden fizikçi Uliana Dmitrieva, "ALICE ZDC'lerinin benzersiz yetenekleri sayesinde, mevcut analiz LHC'de altın üretiminin imzasını deneysel olarak sistematik bir şekilde tespit eden ve analiz eden ilk analizdir" diyor.

Periyodik tabloda kurşun ve altın sadece birkaç boşlukla birbirinden ayrılır. Altının 79 protonu, kurşunun ise 82 protonu vardır, dolayısıyla bir kurşun atomundan birkaç proton (artı biraz nötron) kopararak bir altın atomu elde edebilirsiniz.

Süreç simyacıların denediği krizopoeia'ya benziyor, ancak pratikte o kadar basit değil. Parçacıkları çarpıştırmak için parçacıkları yeterince yüksek enerjilere hızlandırabilecek bir parçacık çarpıştırıcısına ihtiyacınız var.

Kısacası, son derece enerji yoğundur ve çok pahalı, son derece özel ekipman gerektirir. Eğer altın istiyorsanız, bu muhtemelen çaba, maliyet ve kaynaklar açısından onu elde etmenin en az verimli yoludur.

Ancak kurşun, parçacık çarpıştırıcı deneyleri için popüler bir seçimdir ve bu da yan ürün olarak çok kısa bir süre altın üretilmesine neden olur.

ALICE işbirliği şimdi altın üretimini birbirine çarpan kurşun çekirdeklerinden değil, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda ışık hızının yüzde 99,999993'ünde uçarken neredeyse ıskalamalarından ölçtü.

Bu hızlarda, 82 yüklü protonuyla kurşun çekirdeği, çarpıştırıcıdaki elektromanyetik alanı hareket ettiği yöne dik olarak düzleştirir ve iki kurşun çekirdeği birbirini yeterince yakından geçtiğinde bir foton darbesi üretir.

Bir fotonla etkileşim, kurşun çekirdeğin iç yapısını sarsarak nötron ve proton fırlatmasına neden olabilir.

Bu süreçten ortaya çıkan sadece altın değildir. Nükleonların çıkarılması 123 nötron ve 81 protona sahip bir talyum çekirdeği ya da 121 nötron ve 80 protona sahip bir cıva çekirdeği üretebilir.

Bir, iki veya üç protonlu gevşek nötronları saymak için ALICE'in ZDC'lerini kullanan işbirliği, Büyük Hadron Çarpıştırıcısının aynı çalışması sırasında her üç elementin üretimini ölçtü.

Talyum ve cıva, altından çok daha büyük miktarlarda üretilir, ancak ikincisi şu anda çarpıştırıcıdaki ALICE çarpışma noktası yakınındaki kurşun-kurşun çarpışmalarından saniyede yaklaşık 89.000 çekirdeklik bir maksimum oranda üretilmektedir.

Parçacık hızlandırıcının ikinci çalışmasında üretilen altın miktarı çok küçüktü - sadece 29 pikogram ya da bir gramın trilyonda biri. Bu, bakterilerin ölçüldüğü ölçektir. Sadece bir gram altının içinde altmış milyon atom vardır

Ayrıca, yüksek hızlı altın çekirdekleri daha sonra Büyük Hadron Çarpıştırıcısının kenarlarına çarpar ve neredeyse oluştukları anda bir proton, nötron ve elektron yağmuru içinde parçalanır. Ortaçağ simyacıları derin bir hayal kırıklığına uğrardı.

Ama biz hayal kırıklığına uğramadık. Bu gerçekten büyüleyici bir bilim. Bilim insanları atomları birbirlerine neredeyse ışık hızında fırlatmakla kalmıyor, aynı zamanda bu atomların fırlatma sonucunda geçirdikleri değişimleri de belirleyebiliyorlar. Bu, ortaçağdaki atalarımızın en çılgın hayallerinin bile çok ötesinde.

ALICE işbirliğinin sözcüsü Utrecht Üniversitesi'nden parçacık fizikçisi Marco van Leeuwen, "Dedektörlerimizin binlerce parçacık üreten kafa kafaya çarpışmalarla başa çıkabildiğini görmek etkileyici" diyor ve ekliyor: "Aynı zamanda bir seferde yalnızca birkaç parçacığın üretildiği çarpışmalara duyarlı olması, nadir elektromanyetik 'nükleer transmutasyon' süreçlerinin incelenmesine olanak sağlıyor."

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.