中世紀(jì)的煉金術(shù)士曾執(zhí)著于 “點鉛成金” 的夢想，而現(xiàn)代物理學(xué)家竟在粒子對撞機中實現(xiàn)了這一幻想！歐洲核子研究中心（CERN）的科學(xué)家們利用大型強子對撞機（LHC），首次觀測到鉛原子核在高速 “擦身而過” 時轉(zhuǎn)化為金原子核的過程，盡管金原子僅存在極短時間，卻揭開了核物理領(lǐng)域的奇妙一頁。

在最新發(fā)表于《物理評論 C》的研究中，CERN 的 ALICE 實驗團隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩束鉛原子核以接近光速（99.999993%）在 LHC 中對撞時，偶爾會發(fā)生 “擦邊碰撞”。此時，鉛核攜帶的強電磁場會激發(fā)高能光子脈沖，導(dǎo)致鉛核內(nèi)部結(jié)構(gòu)振蕩，釋放出 3 個質(zhì)子，從而將含有 82 個質(zhì)子的鉛核（Pb）轉(zhuǎn)化為含有 79 個質(zhì)子的金核（Au）。

“這就像一場微觀層面的‘元素魔術(shù)’，”ALICE 實驗發(fā)言人馬爾科?范?勒文（Marco Van Leeuwen）解釋道，“我們的探測器不僅能捕捉到對撞產(chǎn)生數(shù)千粒子的劇烈場景，還能精準(zhǔn)識別僅釋放少量質(zhì)子的微妙過程，揭示電磁力引發(fā)的‘核嬗變’奧秘?！?/p>

實驗顯示，LHC 在 2015-2018 年的運行周期中，共產(chǎn)生約860 億個金原子核，總質(zhì)量僅為 29 皮克（2.9×10?11 克），相當(dāng)于一粒沙子的萬億分之一。這些高能金原子在撞擊對撞機管道后瞬間碎裂為質(zhì)子和中子，存在時間短到難以用肉眼捕捉。

“雖然從質(zhì)量上看毫無實用價值，但這是人類首次在實驗室中系統(tǒng)性觀測到鉛變金的過程，” 研究人員烏利亞娜?德米特里耶娃（Uliana Dmitrieva）表示，“更重要的是，這類‘超外圍碰撞’實驗為驗證電磁離解理論提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于優(yōu)化 LHC 及未來對撞機的束流設(shè)計?！?/p>

盡管無法像煉金術(shù)士那樣制造財富，但這項研究深化了人類對原子核相互作用的理解。例如，通過分析金核產(chǎn)生率，科學(xué)家能更精確地模擬高能粒子與物質(zhì)的電磁效應(yīng)，這對預(yù)測對撞機運行中的束流損失、提升設(shè)備性能至關(guān)重要。

“中世紀(jì)煉金術(shù)士的夢想在量子物理時代以意想不到的方式實現(xiàn)了，” 理論物理學(xué)家約翰?喬維特（John Jowett）調(diào)侃道，“只不過我們的‘黃金’是用來解鎖宇宙奧秘的鑰匙，而非珠寶店里的商品?！?/p>

從鉛到金的瞬間轉(zhuǎn)化，既是對古老煉金術(shù)的科學(xué)致敬，也是現(xiàn)代粒子物理的奇妙注腳。盡管無法量產(chǎn)貴金屬，但這類實驗揭示了微觀世界的驚人可塑性。未來，隨著 LHC 升級，是否會有更多 “元素魔術(shù)” 被揭開？你認(rèn)為這類基礎(chǔ)研究該如何與實際應(yīng)用結(jié)合？歡迎在評論區(qū)分享你的腦洞！

參考資料：DOI:10.1103/PhysRevC.111.054906