Orta Çağ'da simyacılar, değersiz kurşunu parlak altına dönüştürme hayaliyle yanıp tutuşuyordu. Belki de o eski simyacıların bir parçacık çarpıştırıcısı inşa etmeleri gerekiyordu.
Yapılan yeni bir çalışmaya göre, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), 2015 ile 2018 yılları arasındaki ikinci çalışma döneminde yüksek hızlı kurşun çekirdeklerini çarpıştırarak yaklaşık 86 milyar altın çekirdeği üretti.
Bu aslında çok büyük bir altın miktarı değil; yalnızca gramın trilyonlarca biri kadar ve sadece saniyenin kesirleri kadar sürüyor. Ancak burada asıl dikkat çekici olan, fizikçilerin bu altın üretimini ölçme yöntemi: ALICE deneyi'nin sıfır derece kalorimetreleri (ZDC'ler) adı verilen dedektörlerini kullanarak kurşun etkileşimleri sırasında oluşan serbest protonları sayarak.
Periyodik tabloda kurşun ve altın sadece birkaç sıra uzakta. Altın 79, kurşun ise 82 protona sahip. Yani temel olarak bir kurşun atomundan birkaç proton (ve nötron) kopararak bir altın atomu elde edebilirsiniz.
Bu süreç, simyacıların denediği dönüşüme benziyor, ancak pratikte bu kadar basit değil. Protonları koparabilecek kadar yüksek enerjiye parçacıkları hızlandıran bir parçacık çarpıştırıcısına ihtiyacınız var.
Kısacası, bu yöntem aşırı enerji gerektiren, çok pahalı ve yüksek düzeyde uzmanlaşmış ekipman gerektiren bir süreç. Eğer altın elde etmek istiyorsanız, çaba, maliyet ve kaynak açısından muhtemelen en verimsiz yol budur.
Ancak kurşun, parçacık çarpıştırıcısı deneyleri için popüler bir seçenektir ve bu deneyler sırasında altın, bir yan ürün olarak çok kısa süreliğine ortaya çıkar.
ALICE iş birliği, altın üretimini, kurşun çekirdeklerinin birbirine çarpmasından ziyade, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda ışık hızının %99.999993'ü kadar hızla ilerlerken birbirlerine çok yakın geçişleri sırasındaki etkileşimlerden kaynaklandığını belirledi.
Bu hızlarda, 82 yüklü protona sahip kurşun çekirdeği, çarpıştırıcıdaki elektromanyetik alanı hareket yönüne dik olacak şekilde düzleştirir ve iki kurşun çekirdeği yeterince yakın geçtiğinde bir foton darbesi üretir.
Bir fotonla etkileşim, bir kurşun çekirdeğinin iç yapısını etkileyerek nötron ve proton fırlatmasına neden olabilir.
Bu süreçten sadece altın çıkmıyor. Çekirdekten nükleonların (proton ve nötronların) ayrılmasıyla 123 nötron ve 81 protonlu bir talyum çekirdeği veya 121 nötron ve 80 protonlu bir cıva çekirdeği de oluşabilir.
ALICE'nin ZDC'lerini kullanarak bir, iki veya üç protonla serbest nötronları sayan iş birliği, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın aynı çalışma döneminde her üç elementin üretimini de ölçtü.
Talyum ve cıva altından çok daha fazla miktarda üretiliyor, ancak altın şu anda ALICE çarpışma noktasının yakınındaki kurşun-kurşun çarpışmalarından saniyede yaklaşık 89.000 çekirdek maksimum oranında üretiliyor.
Çarpıştırıcının ikinci çalışma dönemi için üretilen altın miktarı minik düzeydeydi; sadece 29 pikogram, yani gramın trilyonlarca biri. Bu miktar, bakterilerin ölçüldüğü ölçekte bir değerdir. Sadece bir gram altında katrilyonlarca atom bulunur.
Ayrıca, yüksek hızlı altın çekirdekleri oluştuktan hemen sonra Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın kenarlarına çarparak bir proton, nötron ve elektron yağmuru halinde dağılıyor. Orta Çağ simyacıları bu duruma derin bir hayal kırıklığı yaşardı.
Ancak biz değiliz. Bu gerçekten büyüleyici bir bilim. Bilim insanları sadece atomları neredeyse ışık hızında birbirine fırlatmakla kalmıyor, aynı zamanda bu fırlatma sonucunda atomların uğradığı değişiklikleri de belirleyebiliyorlar. Bu, Orta Çağ'daki atalarımızın en çılgın hayallerinin bile ötesinde.
Dedektörlerimizin binlerce parçacık üreten kafa kafaya çarpışmaları ele alırken, aynı zamanda nadir görülen elektromanyetik 'nükleer transmutasyon' süreçlerinin incelenmesini sağlayan, bir seferde sadece birkaç parçacığın üretildiği çarpışmalara karşı da hassas olabilmesi etkileyici.
