LHC’de yüksek enerjili kurşun çekirdekleri arasındaki çarpışmalar, protonları etkisiz hale getirebilen ve kurşunu geçici miktarda altın çekirdeğine dönüştürebilen yoğun elektromanyetik alanlar üretiyor. Physical Review Journals dergisinde yayınlanan bir makalede , ALICE işbirliği, CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) kurşunun altına dönüşümünü ölçen ölçümler raporluyor.
Temel metal kurşunu değerli metal altına dönüştürmek ortaçağ simyacılarının bir hayaliydi. Krizopoeya olarak bilinen bu uzun süredir devam eden arayış , donuk gri, nispeten bol kurşunun, uzun zamandır güzel rengi ve nadirliği nedeniyle arzulanan altına benzer bir yoğunluğa sahip olduğu gözleminden kaynaklanmış olabilir. Kurşun ve altının farklı kimyasal elementler olduğu ve kimyasal yöntemlerin birini diğerine dönüştürmekte yetersiz olduğu ancak çok daha sonra anlaşıldı.
20. yüzyılda nükleer fiziğin doğuşuyla birlikte, ağır elementlerin radyoaktif bozunma yoluyla doğal olarak veya laboratuvarda nötron veya proton bombardımanı altında başka elementlere dönüşebildiği keşfedildi. Altın daha önce bu şekilde yapay olarak üretilmiş olsa da, ALICE iş birliği artık LHC’de kurşun çekirdekleri arasında neredeyse çarpışmalar içeren yeni bir mekanizma ile kurşunun altına dönüşümünü ölçtü.
LHC’deki öncü çekirdekler arasındaki aşırı yüksek enerjili çarpışmalar, Büyük Patlama’dan yaklaşık bir milyonda bir saniye sonra evreni doldurduğu düşünülen sıcak ve yoğun bir madde hali olan kuark-gluon plazması yaratabilir ve şu anda bildiğimiz maddeye yol açabilir. Ancak, çekirdeklerin “dokunmadan” birbirlerini ıskaladığı çok daha sık etkileşimlerde, onları çevreleyen yoğun elektromanyetik alanlar, daha fazla keşif yolu açan foton-foton ve foton-çekirdek etkileşimlerini tetikleyebilir.
Bir kurşun çekirdekten yayılan elektromanyetik alan özellikle güçlüdür çünkü çekirdek 82 proton içerir ve her biri bir temel yük taşır. Dahası, kurşun çekirdeklerinin LHC’de hareket ettiği çok yüksek hız (ışık hızının %99,999993’üne karşılık gelir), elektromanyetik alan çizgilerinin hareket yönüne dik ince bir krepe sıkıştırılmasına neden olur ve kısa ömürlü bir foton darbesi üretir. Genellikle bu, elektromanyetik ayrışma adı verilen bir süreci tetikler; burada bir foton çekirdekle etkileşime girerek çekirdeğin iç yapısının salınımlarını uyarabilir ve bunun sonucunda az sayıda nötron ve proton atılır. Altın (79 proton içeren bir çekirdek) oluşturmak için, LHC ışınlarında bir kurşun çekirdekten üç proton çıkarılmalıdır.
ALICE sözcüsü Marco Van Leeuwen, “Dedektörlerimizin binlerce parçacığın oluştuğu önden çarpışmaları algılayabilmesinin yanı sıra, aynı anda yalnızca birkaç parçacığın oluştuğu çarpışmalara karşı da hassas olabilmesi ve elektromanyetik ‘nükleer dönüşüm’ süreçlerinin incelenmesine olanak tanıması etkileyici” diyor.
ALICE ekibi, sırasıyla kurşun, talyum, cıva ve altın üretimiyle ilişkili olan sıfır, bir, iki ve üç proton ve en az bir nötronun emisyonuyla sonuçlanan foton-çekirdek etkileşimlerinin sayısını saymak için dedektörün sıfır derece kalorimetrelerini (ZDC) kullandı. Talyum veya cıvanın yaratılmasından daha az sıklıkta olsa da sonuçlar, LHC’nin şu anda ALICE çarpışma noktasında kurşun-kurşun çarpışmalarından saniyede yaklaşık 89.000 çekirdeklik maksimum oranda altın ürettiğini gösteriyor. Altın çekirdekleri çarpışmadan çok yüksek enerjiyle çıkar ve akış aşağısındaki çeşitli noktalarda LHC ışın borusuna veya kolimatörlerine çarpar ve burada hemen tek protonlara, nötronlara ve diğer parçacıklara parçalanırlar. Altın sadece saniyenin çok küçük bir kesri kadar varlığını sürdürür.
ALICE analizi, LHC’nin 2. Çalışması sırasında (2015-2018) dört büyük deneyde yaklaşık 86 milyar altın çekirdeğinin yaratıldığını gösteriyor. Kütle açısından bu, sadece 29 pikograma (2,9 × 10 -11 g) karşılık geliyor. LHC’deki parlaklık, makinelere yapılan düzenli yükseltmeler sayesinde sürekli arttığından, 3. Çalışma, 2. Çalışmanın ürettiğinin neredeyse iki katı altın üretti, ancak toplam hala bir mücevher parçası yapmak için gereken miktardan trilyonlarca kat daha az. Ortaçağ simyacılarının rüyası teknik olarak gerçek olsa da, zenginlik umutları bir kez daha suya düştü.
ALICE işbirliğinden Uliana Dmitrieva, “ALICE ZDC’lerin benzersiz yetenekleri sayesinde, mevcut analiz LHC’de deneysel olarak altın üretiminin imzasını sistematik olarak tespit eden ve analiz eden ilk analizdir” diyor.
ALICE işbirliğinden John Jowett ise şunları ekliyor: “Sonuçlar ayrıca, içsel fizik ilgi alanlarının ötesinde, LHC ve gelecekteki çarpıştırıcıların performansında büyük bir sınır oluşturan ışın kayıplarını anlamak ve tahmin etmek için kullanılan elektromanyetik ayrışmanın teorik modellerini de test ediyor ve geliştiriyor.”
