CERN LHC çarpıştırıcısında kurşun atom çekirdeklerinin, bir kısmının altın atomlarına dönüştüğü keşfedildi. Yani ortaçağ simyacılarının kurşunu, altına çevirme hayali sonunda gerçek oldu. LHC 2. çalıştırmasında, kurşun atomlarından 86 milyar kadarının altın atomuna dönüştüğünü ALICE dedektörü tespit etti.
Physical Review Journals dergisinde yayınlanan bir makalede, ALICE işbirliği, CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) kurşunun altına dönüşümünü ölçen ölçümler raporluyor.
Ana metal kurşunu değerli metal altına dönüştürmek ortaçağ simyacılarının hayaliydi. Hrisopoeia(Chrysopoeia -Yunanca altın yapımı manasına gelir)olarak bilinen bu uzun soluklu arayış, donuk gri, nispeten bol miktarda bulunan kurşunun, güzel rengi ve nadirliği nedeniyle uzun süredir imrenilen altınla benzer bir yoğunluğa sahip olduğu gözlemiyle motive edilmiş olabilir. Kurşun ve altının farklı kimyasal elementler olduğu ve kimyasal yöntemlerin birini diğerine dönüştürmede yetersiz kaldığı ancak çok sonraları anlaşılmıştır.
Nükleer fiziğin 20. yüzyılda ortaya çıkmasıyla birlikte, ağır elementlerin ya doğal olarak radyoaktif bozunma yoluyla ya da laboratuvarda nötron veya proton bombardımanı altında diğerlerine dönüşebileceği keşfedildi. Altın daha önceleri benzer şekilde yapay olarak üretilmiş olsa da, ALICE işbirliği şimdi LHC’de kurşun çekirdekleri arasındaki kılpayı çarpışmaları içeren yeni bir mekanizma ile kurşunun altına dönüşümünü ölçtü.
LHC’de kurşun çekirdekler arasındaki son derece yüksek enerjili çarpışmalar, Büyük Patlama’dan yaklaşık saniyenin milyonda biri sonra evreni doldurduğu düşünülen sıcak ve yoğun bir madde hali olan kuark-gluon plazmasını yaratarak şu anda bildiğimiz maddeyi ortaya çıkarabilir. Bununla birlikte, çekirdeklerin “dokunmadan” birbirlerini ıskaladıkları çok daha sık etkileşimlerde, onları çevreleyen yoğun elektromanyetik alanlar, daha fazla keşif yolu açan foton-foton ve foton-çekirdek etkileşimlerine neden olabilir.
Kurşunun Altına Dönüşümü
Bir kurşun çekirdeğinden yayılan elektromanyetik alan özellikle güçlüdür çünkü çekirdek, her biri bir temel yük taşıyan 82 proton içerir. Dahası, kurşun çekirdeklerin LHC’de hareket ettiği çok yüksek hız (ışık hızının %99,999993’üne karşılık gelir), elektromanyetik alan çizgilerinin hareket yönünün tersine ince bir krep şeklinde ezilmesine ve kısa ömürlü bir foton atımı üretmesine neden olur. Bu durum genellikle elektromanyetik ayrışma adı verilen bir süreci tetikler; bir çekirdekle etkileşime giren bir foton, çekirdeğin iç yapısında salınımlara yol açarak az sayıda nötron ve protonun fırlamasına neden olabilir. Altın (79 proton içeren bir çekirdek) oluşturmak için, LHC ışımalarında bir kurşun çekirdeğinden üç proton çıkarılmalıdır.
ALICE sözcüsü Marco Van Leeuwen, “Dedektörlerimizin binlerce parçacık üreten kafa kafaya çarpışmaları idare edebildiğini, aynı zamanda bir seferde sadece birkaç parçacığın üretildiği çarpışmalara duyarlı olduğunu ve elektromanyetik ‘nükleer transmutasyon’ süreçlerinin incelenmesine olanak sağladığını görmek etkileyici,” diyor.
ALICE ekibi dedektörün sıfır derece kalorimetrelerini (ZDC) kullanarak, sırasıyla kurşun, talyum, cıva ve altın üretimiyle ilişkili olan en az bir nötronun eşlik ettiği sıfır, bir, iki ve üç proton emisyonuyla sonuçlanan foton-çekirdek etkileşimlerinin sayısını saydı. Talyum veya cıva oluşumundan daha az sıklıkta olsa da, sonuçlar LHC’nin şu anda ALICE çarpışma noktasındaki kurşun-kurşun çarpışmalarından saniyede yaklaşık 89.000 çekirdeklik maksimum bir oranda altın ürettiğini göstermektedir. Altın çekirdekler çarpışmadan çok yüksek enerjiyle çıkar ve LHC ışın borusuna veya kolimatörlere aşağı yönde çeşitli noktalardan çarpar ve burada hemen tek protonlara, nötronlara ve diğer parçacıklara parçalanırlar. Altın, saniyenin sadece küçük bir kesri kadar bir süre varlığını sürdürür.
ALICE analizi, LHC’nin 2. Çalışması sırasında (2015-2018), dört ana deneyde yaklaşık 86 milyar altın çekirdeğin yaratıldığını göstermektedir. Kütle olarak bu sadece 29 pikograma (2,9 ×10-11 g) karşılık gelmektedir. LHC’deki parlaklık, makinelere yapılan düzenli yükseltmeler sayesinde sürekli olarak arttığından, 3. Çalışma 2. Çalışmanın neredeyse iki katı altın üretti, ancak toplamda hala bir mücevherat yapmak için gereken miktardan trilyonlarca kat daha azdır. Ortaçağ simyacılarının rüyası teknik olarak gerçekleşmiş olsa da, zenginlik umutları bir kez daha suya düşmüş oldu.
ALICE işbirliğinden Uliana Dmitrieva, “ALICE ZDC’lerinin benzersiz yetenekleri sayesinde, mevcut analiz LHC’de altın üretiminin imzasını deneysel olarak sistematik bir şekilde tespit ve analiz eden ilk analizdir” diyor.
ALICE işbirliğinden John Jowett de şunları ekliyor: “Sonuçlar aynı zamanda elektromanyetik ayrışmanın teorik modellerini de test ediyor ve geliştiriyor; bu modeller, fiziğe özgü ilgilerinin ötesinde, LHC’nin ve gelecekteki çarpıştırıcıların performansı üzerinde önemli bir sınır olan ışın kayıplarını anlamak ve tahmin etmek için kullanılıyor.”