物理学家实现点“铅”成金，尽管寿命仅1微秒
欧洲核子研究中心（CERN）的物理学家通过大型强子对撞机（LHC）实验首次将铅转化为金，尽管这种元素嬗变过程极其短暂——仅持续了几分之一秒时间，且耗费了巨额成本，但也意味着17世纪炼金术士的梦想有望实现。相关论文5月7日发表于《物理评论》。
LHC实验无法制造大块金锭，但铅离子束中部分粒子可暂时转化为金核——持续时间约1微秒。图片来源：Zen Rial/Getty
古代化学家曾希望通过化学手段将储量丰富的铅转化为珍贵的金。但由于两种元素的质子数的差异，使得这种转化在化学层面无法实现。近日，CERN的研究人员通过让接近光速的铅离子束对撞实现了这一壮举。
CERN是位于瑞士日内瓦附近的粒子物理学实验室。在这里，耗资数十亿美元的LHC在每次实验中都会让铅离子发生对撞。当两个铅离子“擦身而过”而非“正面碰撞”时，离子周围的强电磁场会产生能量脉冲，导致迎面而来的铅核喷射出3个质子，将铅（82个质子）转变为金（79个质子）。
LHC的ALICE实验从碰撞碎片中筛选出了这些嬗变案例。研究团队发布的分析报告显示，2015至2018年间，LHC对撞产生了860亿个金原子核——总质量约29皮克（万亿分之一克）。这些不稳定的高速运动的金原子核平均仅存在约1微秒，就会撞击实验装置或衰变为其他粒子。
CERN的ALICE探测器。图片来源：Maximillien Brice/CERN
只要LHC进行铅束对撞就会产生金，但只有ALICE实验的探测器配置能够捕捉到这一过程。ALICE合作组成员、物理学家Uliana Dmitrieva表示，该分析“首次通过实验系统性探测并解析了LHC产金过程的特征信号”。
美国纽约州立大学石溪分校的物理学家Jiangyong Jia指出，CERN另一台名为超级质子同步加速器（SPS）的装置曾在2002至2004年间观测到铅转金的现象。但他补充说，最新实验能量更高，产金概率大幅提升，观测结果也更为清晰。
CERN研究人员暂时没有将产金作为副业的计划，但他们表示，更好地理解光子改变原子核的过程有助于提升LHC性能。Jia强调，理解此类过程对控制束流质量和稳定性至关重要。
相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.054906
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