曇花一現的煉金術，大型強子對撞機瞬間將鉛變成金

皇帝 | 6 天前

1樓

人們中世紀曾沈迷將鉛變成黃金的煉金術製金（chrysopoeia）技術，但這股潮流迅速衰落。煉金術士只是未見過粒子對撞機，根據新論文，科學家發現大型強子對撞機在 2015～2018 年運行期間以接近光速撞擊鉛原子時，曾產生約 860 億個金原子核。

鉛密度與黃金密度相似，但後者比前者稀有許多，因此將不起眼的重金屬鉛轉換為貴金屬金，是中世紀一群煉金術士為之瘋狂的夢想；一段時間後，人們懂了鉛和金明顯是不同化學元素，任何化學方法都無法將鉛變成黃金，煉金術隨即於歷史中沈寂。

隨著 20 世紀核物理學掀起新曙光，人們又發現以粒子對撞機撞擊中子或質子束，重元素能自然透過放射性衰變轉變為其他元素，有助理解自然界基本定律並尋找新粒子，推動物理學進展。

元素週期表上鉛和金只相隔幾個位置，金具有 79 個質子，鉛有 82 個，本質來說只要從鉛原子內踢出一些質子（再加上一些中子）就能獲得金原子，粒子對撞機能做到嗎？實際上這過程不簡單，由多個誇克組成的質子、中子被強核力緊束縛在原子核內，想從核中剝奪質子需極巨大能量，簡而言之極度耗能，就成本與效率而言，想要黃金，去挖礦山比較快。

粒子對撞機建造目的不是為了煉金，但最近一篇新研究分析大型強子對撞機（LHC）在 2015～2018 年運行期間數據，發現對撞機曾在高速撞擊鉛原子過程產生約 860 億個金原子核。

從鉛核發出的電磁場特別強，此外鉛核在 LHC 內高速傳播會短暫產生光子脈衝，觸發一個稱為電磁解離（electromagnetic dissociation）的過程，光子與核相互作用引起內部結構振盪，從而導致少量中子和質子彈出，有機會產生金核、鉈核（帶 123 個中子和 81 個質子）、汞核（帶 121 個中子和 80 個質子）。

LHC 大型離子對撞機實驗（ALICE）團隊利用 ZDC 熱量計，量化鉛核高速撞擊過程產生多少金、鉈、汞核，表明金原子核產生頻率遠低於鉈或汞，但最大速率約每秒 89,000 個。

當然，鉛核衰變過程出現的金原子僅曇花一現，下一刻它們就變成單質子、中子或其他粒子，「煉金術」畢竟只存於眨眼間，不會成為日常。

新論文發表在《Physical Review C》期刊。

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