Velký hadronový urychlovač (LHC), který provozuje Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN), se stal dějištěm nečekaného objevu, který evokuje dávné sny alchymistů. Při provádění experimentů zaměřených na rekonstrukci podmínek po velkém třesku narazili vědci z projektu ALICE na překvapivou transmutaci prvků, která zaujala mezinárodní vědeckou komunitu.
Tento objev, který byl podrobně popsán ve studii nedávno zveřejněné v časopise Physical Review Journals, je vedlejším výsledkem vysokoenergetických srážek probíhajících v zařízení CERN. Vědci se nesnažili konkrétně vytvořit drahé kovy, ale jejich úsilí bylo zaměřeno na dynamiku atomových interakcí při rychlostech blízkých rychlosti světla.
Výzkum ALICE se zaměřuje na studium kvarkového a gluonového plazmatu, tedy fáze hmoty, která existovala v prvních okamžicích vzniku vesmíru. Za tímto účelem vědci urychlují a srážejí těžké ionty, například jádra olova, což poskytuje jedinečné okno do základních přírodních sil.
Alchymie v 21. století: Od olova ke zlatu
Experimenty na Velkém hadronovém urychlovači, který je určen ke srážkám atomových jader při extrémně vysokých rychlostech, odhalily mechanismus elementární přeměny. Během testů s jádry olova, která mají o tři protony více než jádra zlata, došlo k náhodné transmutaci jader olova na jádra zlata dočasné povahy.
K procesu této transmutace dochází, když se ionty olova nesrazí čelně, ale třou se o sebe. Právě v tomto okamžiku způsobí kombinovaná síla jejich elektromagnetických polí, že jádro olova uvolní tři své protony. Tento jev, známý jako elektromagnetická disociace, účinně změní jádro olova na jádro zlata.
Od roku 2015 do roku 2018 vzniklo při srážkách na urychlovači LHC odhadem 86 miliard těchto náhodných jader zlata. Ačkoli se toto číslo může zdát velké, celkové množství vytvořeného drahého kovu je nepatrné, pouze asi 29 pikogramů, což je objem, který postrádá jakoukoli komerční hodnotu.
Zásadní je, že se ukázalo, že tato jádra zlata mají velmi krátkou životnost, která nepřesahuje mikrosekundu. Velmi malý časový rozsah a nepatrné množství vyrobeného materiálu zdůrazňují, že tato cesta zdaleka není životaschopným řešením pro masovou výrobu zlata.
Vědecké důsledky mimo drahý kov
Kromě zvědavosti spojené s myšlenkou přeměny olova ve zlato vědecká komunita zdůraznila význam tohoto objevu z fundamentálního hlediska. Taková zjištění jsou důležitá pro důkladné pochopení procesů probíhajících na urychlovači a pro zpřesnění přesnosti svazků částic.
Vznik zlata, ačkoli náhodný a pomíjivý, poskytuje cenné údaje o interakcích mezi atomovými jádry za extrémních podmínek. Fyzik Jiangyong Jia ze Stony Brook University uvedl, že „pochopení těchto procesů je klíčové pro kontrolu kvality a stability svazku“, což se promítá do neustálého zlepšování provozu LHC.
Tento neočekávaný výsledek podtrhuje bohatství možností, které vyplývají ze základního výzkumu v oblasti částicové fyziky, a to i v případě, že získané poznatky nejsou hlavním cílem experimentů. Transmutace olova ve zlato, dlouholetý sen středověkých alchymistů, se na LHC stává skutečností, i když čistě vědeckou.
Vědci v CERNu budou ve své práci pokračovat a doufají, že podobné náhodné jevy poskytnou informace velmi zajímavé pro budoucí studie. Experimenty se subatomárními částicemi nadále odhalují tajemství vesmíru a hmoty, která slibují nově definovat naše chápání kosmu.
Pohled do budoucnosti částicové fyziky
Objev transmutace olova ve zlato je sice fascinující, ale je jen malou částí toho, co LHC nabízí. CERN neustále zkoumá nové hranice v oblasti částicové fyziky, například hledání temné hmoty, což je forma hmoty, která nevyzařuje světlo ani energii, ale předpokládá se, že tvoří asi 27 % vesmíru. Kromě toho se vědci zajímají o podrobnější studium vlastností Higgsova bosonu, fundamentální částice objevené v roce 2012, která hraje klíčovou roli v mechanismu, jenž dává hmotnost ostatním elementárním částicím.
Schopnost urychlovače LHC znovu vytvořit podmínky podobné Velkému třesku nabízí jedinečnou příležitost zkoumat základní síly, které řídí vesmír. Fyzici doufají, že s každým dalším experimentem odhalí další záhady týkající se povahy hmoty a energie, což by mohlo mít hluboký dopad na naše chápání vesmíru a vývoj nových technologií.
I když transmutace olova ve zlato nemá bezprostřední praktické využití, představuje významný pokrok v částicové fyzice a otevírá dveře budoucím objevům, které by mohly změnit naše vnímání světa kolem nás.