Επιστήμονες που «μιμήθηκαν» τη Μεγάλη Έκρηξη κατά λάθος μετέτρεψαν μόλυβδο σε χρυσό

Για αιώνες, οι αλχημιστές κυνηγούσαν το όνειρο να μετατρέψουν τον μόλυβδο σε χρυσό. Σήμερα ξέρουμε πως τα δύο στοιχεία δεν έχουν καμία χημική σχέση μεταξύ τους και ότι καμία εργαστηριακή διεργασία δεν μπορεί να κάνει μια τέτοια μετατροπή.

Η φυσική, όμως, μάς έχει δείξει ποια είναι η πραγματική διαφορά: ο πυρήνας ενός ατόμου μολύβδου έχει τρία περισσότερα πρωτόνια από τον πυρήνα ενός ατόμου χρυσού. Άρα, θεωρητικά, αν αφαιρούσες αυτά τα τρία πρωτόνια, θα δημιουργούσες χρυσό.

Και ναι, αυτό γίνεται αλλά μόνο σε ακραίες συνθήκες.

Κατά τη διάρκεια πειραμάτων στο ALICE, ένα από τα μεγάλα project του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στην Ελβετία, επιστήμονες που προσπαθούσαν να αναπαράγουν τις συνθήκες του Σύμπαντος αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, δημιούργησαν κατά λάθος απειροελάχιστες ποσότητες χρυσού. Μιλάμε για περίπου 29 τρισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου.

Πώς αφαιρείς ένα πρωτόνιο από έναν πυρήνα;

Τα πρωτόνια βρίσκονται βαθιά μέσα στον πυρήνα κάθε ατόμου και συγκρατούνται από την ισχυρή πυρηνική δύναμη, τη δυνατότερη δύναμη στη φύση, που δρα σε ελάχιστες αποστάσεις. Για να τραβήξεις ένα πρωτόνιο προς τα έξω, χρειάζεσαι ένα εξαιρετικά ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, πολύ ισχυρότερο από αυτό που παράγουν οι κεραυνοί.

Οι επιστήμονες το πέτυχαν εκτοξεύοντας πυρήνες μολύβδου ο ένας προς τον άλλον με ταχύτητες που αγγίζουν την ταχύτητα του φωτός.

Οι «ξυστές» συγκρούσεις που προκαλούν μεταστοιχείωση

Αν οι δύο πυρήνες συγκρουστούν κατευθείαν, καταστρέφονται ολοκληρωτικά από την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τις περισσότερες φορές όμως, απλώς περνούν πολύ κοντά ο ένας από τον άλλον. Και σε αυτές τις «παρά λίγο» συγκρούσεις, το ηλεκτρικό πεδίο που αναπτύσσεται μεταξύ τους είναι τεράστιο.

Η γρήγορη μεταβολή του πεδίου κάνει τους πυρήνες να ταλαντώνονται και να χάνουν πρωτόνια. Αν ένας πυρήνας χάσει ακριβώς τρία, ο μόλυβδος μετατρέπεται σε χρυσό.

Πώς ξέρεις ότι φτιάχτηκε χρυσός;

Το ALICE δεν μπορεί να «δει» απευθείας τους νέους πυρήνες χρυσού.
Αντ’ αυτού, χρησιμοποιούνται ειδικοί ανιχνευτές (zero-degree calorimeters) που μετρούν τα πρωτόνια που αφαιρούνται από τους πυρήνες μολύβδου.

Με βάση αυτά τα δεδομένα, οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι παράγονται περίπου 89.000 πυρήνες χρυσού το δευτερόλεπτο, μαζί με άλλους μεταστοιχειωμένους πυρήνες όπως θάλλιο (−1 πρωτόνιο) και υδράργυρος (−2 πρωτόνια).

Χρυσός που δεν… βολεύει κανέναν

Η διαδικασία αυτή, παρά τη γοητεία της, δεν είναι καθόλου πρακτική για τον επιταχυντή.
Μόλις ένας πυρήνας μολύβδου χάσει πρωτόνια, βγαίνει από την ιδανική τροχιά του και συντρίβεται πάνω στο τοίχωμα της δεσμηγραμμής μέσα σε μικροδευτερόλεπτα. Αυτό αποδυναμώνει τη δέσμη και επηρεάζει την ποιότητα των πειραμάτων.

Για τους επιστήμονες, λοιπόν, αυτή η «τυχαία αλχημεία» είναι περισσότερο τεχνικό πρόβλημα παρά ανακάλυψη με πρακτική αξία.

Ωστόσο, η κατανόηση αυτών των φαινομένων είναι κρίσιμη τόσο για την ανάλυση των δεδομένων όσο και για τον σχεδιασμό των επόμενων, ακόμη μεγαλύτερων επιταχυντών.