在粒子加速器的幫助下，科學家可以把那些微觀粒子加速到極高的速度，然后讓它們發生猛烈碰撞，如此一來，科學家就可以通過研究碰撞過程以及碰撞產生的各種“碎片”，來探索物質最深層的秘密。

就目前的情況來看，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（Large Hadron Collider, 簡稱LHC），是世界上最大的粒子加速器，它位于日內瓦附近地下約175米的一個環形隧道之內，其周長約為27公里。

自從2008年投入使用之后，這個巨大的粒子加速器已經進行了很多次的粒子對撞實驗，并積累了海量的數據，科學家也一直在對其展開研究。引人注目的是，一項近日發表在《物理評論C》的研究表明，在大型強子對撞機中，有一些鉛變成了黃金。你說這神不神奇？

實際上，這個鉛變成黃金的原理并不復雜，簡單來講，對于一個原子來講，其原子核內的質子數量可以決定它屬于哪種元素，例如原子核內部有一個質子，它就是1號元素氫，有兩個質子，它就是2號元素氦。

我們在元素周期表中可以看到，黃金是79號元素，鉛是82號元素，也就是說，黃金原子核內有79個質子，鉛原子核內有82個質子，所以我們只要想辦法“拿掉”鉛原子核中的3個質子，那么鉛就變成了黃金。

雖然這個原理很簡單，但實際操作起來卻極為困難，畢竟原子核小得離譜，我們根本就不可能真的用手去“拿掉”其中的質子，不過粒子加速器卻讓這種事變成了現實。

根據介紹，此次研究所用的數據，來自大型強子對撞機2015年至2018年第二次運行期間的一次粒子對撞實驗，該實驗使用了由鉛原子核構成的粒子束，通過對此次實驗的數據進行深入分析，研究人員發現，在此次對撞實驗中，有一些鉛原子核直接轉變成了黃金原子核。

研究人員指出，這些黃金并非來自鉛原子核的正面對撞，而是來自鉛原子核彼此之間的“擦肩而過”。

具體來講就是，在實驗過程中，鉛原子核的速度達到了光速的99.999993%，當兩個攜帶大量正電荷（每個鉛核帶82個正電荷）的原子核以如此高的速度近距離掠過時，它們周圍的電磁場會因為相對論效應而發生極度的畸變和壓縮，進而形成一種強度很高的、橫向于原子核運動方向的電磁脈沖。

這種電磁脈沖會讓近距離掠過的鉛原子核彼此之間發生相互作用，進而可能會將原子核里一部分的質子給“踢”出來，如此一來，鉛就轉變成了其他的元素，其中就包括了黃金。

不得不說，這堪稱是真實版的“煉金術”。那么，我們能不能利用這個大型強子對撞機來大量制造黃金呢？很遺憾，答案是否定的。

首先來講，這種方法制造出的黃金原子核，很多都是不穩定同位素，實際上，此次對撞實驗產生得最多的就是Au-203（由鉛-208失去了3個質子和兩個中子后產生，如上圖所示），而這種同位素是不穩定的，其半衰期只有60秒，這就意味著，它們存在不了多久就會衰變成其他元素（最終產物是鉈-203，這是一種穩定同位素）。

更重要的是，它的產量實在是太少了。研究表明，在此次粒子對撞實驗中，生成黃金原子核的峰值約為每秒8.9萬個，共計生成了大約860億個，這個數量看上去很多，但別忘了，原子核的質量其實是非常小的，實際上，這么多的黃金原子核的總質量只有大約29皮克，而1克就是1萬億皮克……

由此可見，就算我們能夠解決不穩定同位素的問題，通過這種方法來制造黃金依然是不可行的，畢竟每一次粒子對撞實驗，都有大量的資源消耗，其價值根本就不是這一丁點的黃金所能比擬的。

所以研究人員認為，此次研究的意義在于，它加深了我們對原子核結構、核反應以及高強度電磁場如何影響物質的理解，是基礎科學研究在微觀世界探索中取得的一個重要進展。

參考資料：Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions，Phys. Rev. C 111, 054906 – Published 7 May, 2025