Máy đập vỡ nguyên tử lớn nhất thế giới biến chì thành vàng và phá hủy trong chớp mắt
Máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây, tất cả đều từ việc va chạm các nguyên tử chì với nhau ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.
Máy dò ALICE của Máy gia tốc hạt lớn. (Ảnh: Ronald Patrick)
Các nhà giả kim thời Trung cổ bị ám ảnh bởi ý tưởng biến chì thành vàng, một khái niệm được gọi là chrysopoeia. Các nhà khoa học tại Máy va chạm Hadron lớn (LHC) tại CERN, gần Geneva, Thụy Sỹ, đã tiết lộ rằng khoảng 86 tỷ hạt nhân vàng đã được tạo ra trong lần chạy thứ hai của máy gia tốc, từ năm 2015 đến năm 2018, tất cả đều từ việc va chạm các nguyên tử chì với nhau ở tốc độ 99,999993% tốc độ ánh sáng.
Kết quả là một lượng vàng nhỏ, chỉ bằng 29 phần nghìn tỷ gam, sau đó va chạm với ống chùm và vỡ ra trong một phần giây.
"Thật ấn tượng khi thấy các máy dò của chúng tôi có thể xử lý các va chạm trực diện tạo ra hàng nghìn hạt, đồng thời cũng nhạy cảm với các va chạm mà chỉ có một vài hạt được tạo ra tại một thời điểm, cho phép nghiên cứu các quá trình biến đổi hạt nhân điện từ hiếm", Marco van Leeuwen, người phát ngôn của ALICE, cho biết.
Dựa trên những phỏng đoán triết học của Aristotle, các nhà giả kim tin rằng, mật độ tương tự của chì và vàng là dấu hiệu cho thấy chì có thể chuyển hóa thành vàng có giá trị.
Mặc dù triết lý này không đúng, nhưng niềm tin của các nhà giả kim cổ đại vẫn chứa đựng một phần sự thật: Hai kim loại này rất gần nhau trên bảng tuần hoàn, với vàng có 79 proton, chỉ ít hơn chì ba proton. Điều này có nghĩa là các va chạm tại các máy gia tốc hạt mạnh chỉ cần tách ba proton khỏi chì (cùng với một số neutron) để tạo ra vàng.
Sản xuất vàng thử nghiệm
Để định lượng lượng kim loại được sản xuất bên trong LHC, các nhà vật lý đã sử dụng Nhiệt lượng kế không độ cực nhạy (ZDC) của ALICE, đo lượng proton và neutron phát ra từ hàng tỷ tương tác hạt xảy ra bên trong máy gia tốc mỗi giây.
Kết quả cho thấy, mặc dù được tạo ra ít hơn tali hoặc thủy ngân, vàng hiện đang được tạo ra trong lần chạy thứ ba của thí nghiệm với tốc độ tối đa khoảng 89.000 hạt nhân mỗi giây, gần gấp đôi số lượng được tạo ra trong lần chạy trước, do năng lượng của lần chạy thứ ba tăng lên.
Uliana Dmitrieva, nhà vật lý tại nhóm hợp tác ALICE, cho biết: "Nhờ khả năng độc đáo của ALICE ZDC, phân tích hiện tại là phân tích đầu tiên có hệ thống phát hiện và phân tích dấu hiệu sản xuất vàng tại LHC theo phương pháp thử nghiệm".
John Jowett, nhà vật lý khác tham gia thí nghiệm, cho biết thêm: "Các kết quả cũng kiểm tra và cải thiện các mô hình lý thuyết về sự phân ly điện từ, ngoài mục đích vật lý vốn có, còn được sử dụng để hiểu và dự đoán tổn thất chùm tia. Đây là một hạn chế lớn đối với hiệu suất của LHC và các máy va chạm trong tương lai".
