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点铅成金:物理学家利用大型强子对撞机短暂创造金原子

0次浏览     发布时间:2025-05-11 09:25:00    

IT之家 5 月 11 日消息,欧洲核子研究中心(CERN)科学家通过大型强子对撞机(LHC)实验,首次系统观测到铅原子核在超高能碰撞中短暂转化为黄金原子核,揭示了核嬗变过程的新机制。

这意味着,研究人员以科学方式实现了炼金术士终极梦想 —— 点石成金,不过这里更准备的说法应该是“点铅成金”。虽然这“点铅成金”的过程极其短暂,且成本高昂。

▲ CERN ALICE 探测器。图源:Maximillien Brice / CERN

这一实验的关键在于铅离子束的“近距错失”碰撞:当携带 82 个质子的铅离子以极高速度相互“擦肩而过”时,其强大电磁场会激发出光子脉冲。这些高能光子与邻近铅核相互作用,导致后者射出 3 个质子和若干中子,将铅(82 质子)转变为金(79 质子)。ALICE 团队通过零度量热器(ZDC)精确追踪了伴随中子数的变化,首次系统量化了这一过程。

在 2015~2018 年 LHC 第二轮运行期间,ALICE 实验团队记录到 860 亿个金原子核的诞生,总质量仅 29 皮克(万亿分之一克)。这些金原子核以近光速(99.999993% 光速)运动,平均寿命约 1 微秒。

▲ 高速铅原子核相互碰撞时质子脱落的过程示意图

除金原子外,该过程还产生铊(81 质子)和汞(80 质子)。数据显示,汞原子核产量最高可达每秒 8.9 万个,是金的数千倍。CERN 物理学家 Jiangyong Jia 指出,虽然 2002-2004 年 SPS 加速器已观测到铅转金现象,但 LHC 实验在能量强度、产生概率和观测精度上均有质的提升。

ALICE 发言人、乌得勒支大学粒子物理学家 Marco van Leeuwen 表示:“探测器既能处理产生数千粒子的对撞,也能捕捉仅产生少数粒子的稀有过程,这种灵敏度令人惊叹。”

研究人员表示,虽然 CERN 并没有打算开展“炼金”副业,但深入理解光子如何改变原子核,将有助于改进 LHC 的运行性能,更好地探索宇宙奥秘。

相关论文已于 5 月 7 日发表于《物理评论》,并在《自然》刊文报道。

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