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原作：Victoria Corless

翻譯：李思綺

編排：趙書晨

后臺(tái)：李子琦

https://www.space.com/astronomy/modern-day-alchemy-scientists-turn-lead-into-gold-at-the-large-hadron-collider

金子的數(shù)量不至于把你變成億萬富翁，但成果仍然令人震驚。

一個(gè)大型紅色拱門，下面有復(fù)雜的機(jī)械裝置

圖片來源：CERN

幾個(gè)世紀(jì)以來，煉金術(shù)士一直夢(mèng)想著把鉛變成金子--不是通過魔法，而是通過釋放金屬本身的某種隱藏的潛能。很顯然他們并沒有取得成果，但現(xiàn)代科學(xué)讓他們圓夢(mèng)了。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）--世界上最大、能量最高的粒子加速器--的研究人員觀測(cè)到了鉛變金的真實(shí)嬗變。但這種嬗變并不自直接的碰撞，相反，它產(chǎn)生于幾乎擦肩而過的原子核之間。

建造LHC是為了將粒子加速到接近光速。通過觀察這些粒子的碰撞，科學(xué)家們可以探索宇宙的最小尺度結(jié)構(gòu)：研究物質(zhì)的基本構(gòu)成。

雖然這種正面碰撞已經(jīng)給研究人員提供了很多重要信息，但對(duì)撞機(jī)內(nèi)的粒子大多數(shù)相遇都是間接的。在這些 “差點(diǎn)錯(cuò)過你”的相遇中，粒子彼此靠近而不接觸，但會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)，從而引發(fā)意想不到的核反應(yīng)。

歐洲核研究組織（CERN）的官員在一份聲明中寫道：”鉛核產(chǎn)生的電磁場(chǎng)特別強(qiáng)，因?yàn)槔锩嬗?82 個(gè)質(zhì)子，而且每個(gè)質(zhì)子都帶有一個(gè)基本電荷?！?/p>

他們補(bǔ)充說：“此外，鉛核在LHC中以極高的速度（光速的 99.999993%）移動(dòng)，導(dǎo)致電磁場(chǎng)線被擠壓成薄餅狀，橫向于運(yùn)動(dòng)方向，產(chǎn)生一個(gè)短暫的光子脈沖。”

“這種脈沖可以觸發(fā)一個(gè)稱為電磁解離的過程：光子與原子核相互作用，引起內(nèi)部振蕩，從而噴射出中子和光子。鉛原子通過這一過程失去三個(gè)質(zhì)子就會(huì)形成金原子?！?/p>

"令人印象深刻的是，我們的探測(cè)器既能處理產(chǎn)生數(shù)千個(gè)粒子的正面碰撞，同時(shí)也能觀測(cè)一次只產(chǎn)生幾個(gè)粒子的碰撞，從而能夠研究電磁'核嬗變'過程。"本次研究背后的團(tuán)隊(duì)、大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) ALICE的項(xiàng)目發(fā)言人馬爾科-范-利烏文（Marco Van Leeuwen）在同一份聲明中說道。

這項(xiàng)工作 “首次在實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)地探測(cè)和分析了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的金生成特征”，ALICE 合作項(xiàng)目的烏利亞納-德米特里耶娃（Uliana Dmitrieva）補(bǔ)充說。

研究小組不僅能研究與金的形成有關(guān)的質(zhì)子損耗，還能觀測(cè)與鉛、鉈和汞原子的產(chǎn)生有關(guān)的質(zhì)子損耗。這一分析得益于一種名為零度量熱計(jì)（ZDC）的裝置，它通過測(cè)量由此產(chǎn)生的輻射來探測(cè)和計(jì)算光子與原子核相互作用。

研究小組說，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)每秒可從鉛與鉛對(duì)撞中制造多達(dá)89,000個(gè)金原子核。"歐洲核子研究中心官員在聲明中寫道："ALICE分析表明，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)運(yùn)行2期間（2015-2018年），四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了約860億個(gè)金原子核。

然而，任何希望從中獲利的現(xiàn)代煉金術(shù)士都可能會(huì)失望。這總共只相當(dāng)于 29 皮克（2.9 ×10-11 克）的材料，而且這些金原子的壽命極短。它們的能量非常高，會(huì)立即撞向大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的部件（如光束管或準(zhǔn)直器），幾乎瞬間就會(huì)碎裂成質(zhì)子、中子和其他粒子。因此，金子的存在時(shí)間只有轉(zhuǎn)瞬即逝的幾分之一秒。

"這些結(jié)果[......]檢驗(yàn)并改進(jìn)了電磁解離的理論模型，除了其內(nèi)在的物理學(xué)意義之外，還用于理解和預(yù)測(cè)束流損耗，而束流損耗是限制大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)和未來對(duì)撞機(jī)性能的主要因素?！?同樣來自 ALICE 合作項(xiàng)目的 John Jowett 總結(jié)道。

責(zé)任編輯：陳瑋菁

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圖源： Andrea Iorio, Vikas Chander & ShaRA Team

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