تبدیل سرب به طلا: تحقق رویاهای علم و اعجازهای هسته‌ای

بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌ی ذرات جهان، شتاب‌دهنده‌ی هادرون بزرگ (LHC) در CERN، واقع در نزدیکی ژنو، به موفقیتی دست یافته است که روزگاری فقط در تصور شیمی‌دانان قرون وسطی بوده است: تبدیل سرب به طلا.

این دستاورد شگفت‌انگیز، که توسط همکاری ALICE (تجربه‌ی شتاب‌دهنده‌ی یون بزرگ) افشا شده، نشان می‌دهد که شتاب‌دهنده‌های ذرات می‌توانند مقدار کمی طلا را با برخورد اتم‌های سرب به همدیگر در نزدیک‌ترین سرعت به نور تولید کنند. نتایج این آزمایش اخیراً در یک مطالعه منتشر شده است.

فرآیند تبدیل سرب به طلا

در مرکز این آزمایش، فرآیندی به نام ترانس‌موتاسیون هسته‌ای قرار دارد که در آن یک عنصر از طریق واکنش‌های هسته‌ای به عنصر دیگری تبدیل می‌شود. این امر با کمک LHC امکان‌پذیر است؛ که یون‌های سرب را به 99.999993% سرعت نور شتاب می‌دهد و سپس آن‌ها را با یکدیگر برخورد می‌دهد. این برخوردها به قدری شدید هستند که می‌توانند ساختار هسته‌های اتمی را تغییر دهند و منجر به انتشار یا جذب ذراتی مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها شوند.

طلا، که یک عنصر با 79 پروتون است، می‌تواند با حذف سه پروتون از هسته‌ی سرب (که دارای 82 پروتون است) تولید شود. اگرچه مقدار طلای تولید شده بسیار کم است، تنها 29 تریلیونیم از یک گرم، این مقدار کافی است تا قابلیت این فرآیند را نشان دهد. اما این جادوگری هسته‌ای عمر زیادی ندارد؛ هسته‌های طلای تولیدشده در برخورد تقریباً بلافاصله تخریب می‌شوند و در یک لحظه بر اثر نیروی شدید برخورد، تکه‌تکه می‌شوند.

لحظه‌ی ترانس‌موتاسیون: نقش دتکتورهای ALICE

هرچند تولید طلا ممکن است به یک رویداد فرّار به نظر برسد، اما دتکتورهای ALICE در LHC توانسته‌اند این لحظه را ثبت کنند. این دتکتورهای پیشرفته، از جمله Calorimeters Zero Degree (ZDC)، به قدر کافی حساس هستند تا حتی کوچک‌ترین نشانه‌های ذرات ناشی از برخوردها را شناسایی کنند. در این مورد، آن‌ها توانستند تشکیل هسته‌های طلا را در بین میلیاردها تعامل ذره‌ای که هر ثانیه درون شتاب‌دهنده رخ می‌دهد، شناسایی کنند.

مارکو فان لیوون، سخنگوی ALICE، اهمیت این دتکتورها را مورد تأکید قرار داد و گفت: “دتکتورها قادر به کنترل برخوردهای مستقیم با تولید هزاران ذره هستند و همچنین به برخوردهایی که تنها چند ذره در آن‌ها تولید می‌شود حساس هستند، که این امر امکان مطالعه‌ی فرآیندهای نادر الکترومغناطیسی ‘ترانس‌موتاسیون هسته‌ای’ را فراهم می‌کند.”

رویاهای شیمی‌دانان: دیگاه مدرن

در زمان‌های باستان، شیمی‌دانان بر این باور بودند که می‌توانند با استفاده از فرآیندهای جادویی، مخصوصاً از طریق سنگ جادوگر، سرب را به طلا تبدیل کنند. در حالی که اعتقادات آن‌ها به وضوح ریشه در افسانه‌ها و شبه‌علم داشت، این تصور که سرب می‌تواند به طلا تبدیل شود چندان هم نادرست نبود. سرب و طلا واقعاً نسبت نزدیکی به یکدیگر در جدول تناوبی دارند و تنها با چند پروتون تفاوت دارند.

این آزمایش در LHC به این ایده‌های باستانی نگاهی علمی و دقیق دارد. با شتاب‌دهی اتم‌های سرب به نزدیک‌ترین سرعت به نور، LHC شرایط لازم برای تبدیل سرب به طلا را ایجاد می‌کند. اما تفاوت در این است که این فرآیندها کاملاً هسته‌ای هستند و در کسری از ثانیه بدون هیچ گونه سنگ جادویی انجام می‌شوند.

طلا بیشتر، دانش بیشتر

در حالی که مقدار طلای تولید شده در این آزمایش بسیار کوچک است، اما مفاهیم آن برای تحقیقات آینده در فیزیک حائز اهمیت هستند. فرآیند ترانس‌موتاسیون هسته‌ای نه تنها به تولید طلا مربوط می‌شود، بلکه به دانشمندان این امکان را می‌دهد که رفتارهای پیچیده‌ی هسته‌های اتمی را تحت شرایط شدید بررسی کنند. درک اینکه هسته‌ها در چنین انرژی‌های بالایی به چه نحو عمل می‌کنند برای بهبود عملکرد LHC و برنامه‌ریزی برای شتاب‌دهنده‌های نسل آینده اهمیت دارد.

“با توجه به قابلیت‌های منحصر به فرد ZDCهای ALICE، تجزیه و تحلیل حاضر نخستین موردی است که به طور نظام‌مند امضای تولید طلا در LHC را به طور تجربی شناسایی و تحلیل می‌کند”، گفت اولیانا دیمیتریوا، یک فیزیک‌دان در همکاری ALICE.

در حقیقت، با ادامه افزایش سطح انرژی LHC، پیش‌بینی می‌شود که مقادیر بیشتری از طلا در دورهای آتی شتاب‌دهنده تولید شود. در حال حاضر، در طی دور سوم LHC، طلا با نرخ 89,000 هسته در ثانیه تولید می‌شود که تقریباً دو برابر مقدار تولید شده در دور قبل است. این امر فرآیند را بسیار کارآمدتر می‌کند و درهای جدیدی را برای تحقیق در زمینه فیزیک ذرات با انرژی بالا باز می‌نماید.

منبع: https://dailygalaxy.com/2025/05/this-giant-atom-smasher-turned-lead-into-gold-and-disintegrated-it-in-a-flash/