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編輯：犀牛 好困

【新智元導(dǎo)讀】歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）剛剛實現(xiàn)了一項令人震驚的壯舉：將鉛轉(zhuǎn)化為黃金！這一「點石成金」的過程雖然僅持續(xù)約一微秒，且成本高昂，卻讓17世紀(jì)煉金術(shù)士的夢想在現(xiàn)代物理學(xué)中成真。

就在剛剛，物理學(xué)家們將十七世紀(jì)煉金術(shù)士的夢想變成了現(xiàn)實！

LHC實驗不會產(chǎn)生大量的金塊——但鉛離子束中的某些粒子可以在大約一微秒內(nèi)轉(zhuǎn)化為黃金

• 好消息是，他們用大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）成功地把鉛變成了黃金。

• 壞消息是，整個過程只有短短一瞬間，而且成本高的嚇人。

這次神奇的「點石成金」術(shù)，發(fā)生在瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心（CERN）。

在耗資數(shù)十億美元建成的LHC中，鉛離子發(fā)生了猛烈的對撞。

CERN的ALICE探測器

很久之前，化學(xué)家們就一直夢想著能把廉價的鉛轉(zhuǎn)化成昂貴的黃金。

但由于鉛的質(zhì)子數(shù)是82，而金的質(zhì)子數(shù)是79。這種數(shù)量上的差異靠化學(xué)方法完全沒戲。

然而，CERN的研究人員現(xiàn)在卻做到了！

他們讓鉛離子以接近光速對撞。但有些時候，這些離子不是正面撞上，而是擦肩而過。

這個時候，離子周圍的強(qiáng)電磁場可以產(chǎn)生一個能量脈沖，使得迎面而來的鉛原子核噴射出3個質(zhì)子，神奇的事情發(fā)生了——

鉛原子變成了黃金！

LHC的ALICE實驗從碰撞產(chǎn)生的碎片中篩選出了這些「點石成金」的瞬間。

該團(tuán)隊5月7日發(fā)表在頂刊《物理評論》上的分析中計算出，2015到2018年間，LHC的碰撞共產(chǎn)生了860億個金原子核——大約29萬億分之一克。

論文地址：https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.111.054906

這些極不穩(wěn)定、飛速運(yùn)動的金原子大多只存在了約1微秒，之后便撞到了實驗設(shè)備或分解成了其他粒子。

ZP和ZN中EMD事件發(fā)射高達(dá)七到八個中子的能量之間的相關(guān)性：ZPC與ZNC（左）和ZPA與ZNA（右）

每當(dāng)LHC中的鉛離子相撞時，都會產(chǎn)生黃金，但目前只有ALICE實驗的探測器能捕捉到這個過程。

測量（圓圈）和通過 RELDIS（實線直方圖）計算的給定數(shù)量中子i伴隨單個質(zhì)子在208Pb核的UPCs中的發(fā)射截面

ALICE團(tuán)隊的物理學(xué)家Uliana Dmitrieva說，這項分析是「首次通過實驗系統(tǒng)地探測和分析LHC中黃金的產(chǎn)生」。

紐約石溪大學(xué)的物理學(xué)家Jiangyong Jia提到，CERN的另一個加速器SPS早在2002到2004年就觀察到了鉛轉(zhuǎn)變成金的現(xiàn)象。

但這次最新的實驗?zāi)芰扛撸a(chǎn)生黃金的概率更大，而且觀察到的結(jié)果也更加的清晰。

雖然成功實現(xiàn)了「點鉛成金」術(shù)，但是CERN的研究人員沒有計劃將煉金術(shù)作為副業(yè)。

他們表示，該實驗是為了更好地理解光子如何改變原子核，這將有助于提升LHC的性能。「理解此類過程對于控制束流質(zhì)量和穩(wěn)定性至關(guān)重要」，Jiangyong Jia說。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）

大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）有過輝煌的成果。

2012年時發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，完成了物理學(xué)上的一次重大突破。

這次突破驗證了物理學(xué)家對宇宙中粒子和力的現(xiàn)有最佳解釋：標(biāo)準(zhǔn)模型。

LHC的建造成本已達(dá)92億美元，包括三次大的更新。第三代的LHC擁有更多數(shù)據(jù)、更好的探測器以及創(chuàng)新方法。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)2018-22年停機(jī)期間，ALICE實驗的探測器進(jìn)行了改進(jìn)

「我們現(xiàn)在真是滿懷激情地開始，」墨西哥普埃布拉自治大學(xué)（BUAP）的粒子物理學(xué)家Isabel Pedraza說，「我相信第三輪運(yùn)行會讓我們看到些新東西。」

更高能量與更多數(shù)據(jù)

經(jīng)過粒子加速器的升級改造，第三代LHC將以13.6萬億電子伏特（TeV）的能量撞擊質(zhì)子——比第二輪的13萬億電子伏特略高。

更高的能量撞擊應(yīng)該會增加碰撞產(chǎn)生粒子的機(jī)會，尤其是在一些理論認(rèn)為可能隱藏新物理的高能區(qū)域，CERN束流運(yùn)行負(fù)責(zé)人Rende Steerenberg說。

LHC的粒子束也會更密集，增加碰撞概率。

這將使LHC能更長時間保持峰值碰撞率，最終讓實驗記錄的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于前兩代的總和。

為了應(yīng)對數(shù)據(jù)洪流，LHC的探測器——捕捉碰撞噴射粒子并測量的傳感器——也進(jìn)行了升級，使其更高效、更精準(zhǔn)。

LHC的研究人員一直面臨一個大難題是：碰撞產(chǎn)生的數(shù)據(jù)太多，能存儲下來的卻少得可憐。

機(jī)器每秒讓粒子束碰撞4000萬次，每次質(zhì)子-質(zhì)子碰撞（稱為「事件」）可能會噴出數(shù)百個粒子。系統(tǒng)必須從中挑出最有趣的事件，扔掉大部分?jǐn)?shù)據(jù)。

比如，在LHC的四大實驗之一的CMS中，內(nèi)置的硬件觸發(fā)器會根據(jù)粒子的能量等屬性，每秒粗略篩選出約10萬個事件，然后軟件再從中挑出大約1000個進(jìn)行完整重建和分析。

現(xiàn)在數(shù)據(jù)量更大，觸發(fā)系統(tǒng)得篩選更多事件。

一個改進(jìn)是引入了原本為視頻游戲設(shè)計的GPU（圖形處理單元）芯片。

這些芯片比傳統(tǒng)處理器更快地重建粒子軌跡，讓軟件能以更高標(biāo)準(zhǔn)、更快速度地掃描數(shù)據(jù)，從而捕捉到以前可能被漏掉的奇怪碰撞事件。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01484-3

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01388-6