27-километровият Голем адронен колайдер (LHC), разположен под френско-швейцарската граница, редовно сблъсква тежки йони с почти светлинна скорост. Но на 30 юли 2025 г. изследователите съобщиха за нещо, което мнозина смятаха за част от фолклора: оловните йони за момент се превръщат в злато, преди да се разпаднат обратно в по-обикновена материя.

Анализът показва, че един единствен поток олово може да произведе златни ядра с напречно сечение, сравнимо с общата честота на адронните сблъсъци. Това прави „съвременната алхимия“ много по-често срещана в тунела, отколкото някой е очаквал.

„Обикновено в експериментите с колайдер караме частиците да се сблъскват една в друга, за да произведат много отломки“, казва Даниел Тапия Такаки, ​​професор по физика в Университета на Канзас и ръководител на групата по експеримента ALICE.

Неговият екип разработи метода, който забелязва какво се случва, когато йоните просто се докоснат – взаимодействие, толкова чисто, че почти нищо друго не се появява в детекторите освен светкавица и променено ядро.

Ултрапериферните сблъсъци се случват, когато две атомни ядра преминават близо едно до друго, без да се докосват, но мощните им електромагнитни полета все още взаимодействат.

Вместо да се сблъскат, всеки йон обсипва другия с изблик от високоенергийни фотони, описан от метода на Вайцзекер-Уилямс, позволявайки на фотоните от едното ядро ​​да изследват или дори да трансформират своя партньор. Този фотонен бараж може да избие един, два или три протона.

Ако се загубят три протона, ядрото на оловото-208 за кратко се превръща в ядро ​​на златото-205 – изпълнявайки мечтата на алхимика, макар и само за около 10⁻²³ секунди. Това е достатъчно дълго, за да остави сигнал в предните калориметри.

Предишни пускания на ALICE загатнаха, че такива чисти събития съществуват, но детекторът беше оптимизиран за хаотични челни сблъсъци. Екипът на Тапия Такаки пренастрои показанията, добави вето и усъвършенства двустепенно напасване, за да изолира неутронните от протонните пикове.

Тъй като фотоните не носят сумарен заряд, взаимодействията между фотоните или фотонните ядра са свободни от пръски адронни отломки, които причиняват централни сблъсъци. Чистата среда позволява на физиците да изучават ядрената структура и да тестват квантовата дифузия (КЕД) при досега недостижими енергийни мащаби.

Анализът, проведен в Канзас, е регистрирал напречно сечение на производството на злато от 6,8 барна, само с 12% по-малко от общата нееластична скорост от 7,67 барна за обикновени взаимодействия олово-олово при същата енергия.

Това означава, че всеки път, когато LHC генерира сблъсък на адронни йони, наблизо има приблизително друго събитие, при което оловен йон тихо се превръща в злато и след това се разпада. Същият набор от данни е определил канала с 0 протона на 157,5 барна, канала с 1 протон на 40,4 барна и канала с 2 протон на 16,8 барна. Тези резултати съвпадат или надвишават теоретичните прогнози от фотоядрен модел RELDIS с точност до 25%. Несъответствията показват, че съществуващите модели слабо улавят предравновесно излъчване и коалесценция на нуклони в канали с единични протони.

Освен златото, сблъсъците с почти пълно разминаване могат да доведат до образуването на изотопи на живак, талий или платина – всеки с уникални пътища на разпад и прозрения.

Разсейването на светлина по светлина, търсенето на аксионноподобни частици и изследванията на ядреното възбуждане се възползват от това да се знае точно колко често и колко чисто се случват тези канали.

Изследването може да е от решаващо значение за проектирането на следващото поколение машини, защото всеки загубен лъчев йон струва дни време на ускорителя и значителни оперативни средства. Накратко, улавянето на проблясък на злато е по-малко начин за бързо забогатяване и повече метод за поддържане на безопасна и ефективна работа на съоръжения за милиарди долари.

Снимка: Unsplash

Виж още: Това е повратната точка, когато стареенето на тялото ви се ускорява