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大型强子对撞机实现铅变金,真实版“炼金术”为何难成造富术?

2026-01-26

         粒子加速器为人类探索微观世界提供了钥匙,科学家通过将微观粒子加速至极高速度并使其碰撞,借助分析碰撞过程与产物,解锁物质最深层的秘密。目前全球最大的粒子加速器,是欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC),它隐匿于日内瓦附近地下175米处,环绕着周长27公里的环形隧道。自2008年启用以来,LHC完成了无数次粒子对撞实验,积累了海量数据,而一项发表于《物理评论C》的研究,更是爆出惊人发现——实验中部分铅元素竟转化成了黄金。

         这一现象的原理并不复杂。原子的元素种类由原子核内的质子数量决定,氢核含1个质子,氦核含2个质子,以此类推。在元素周期表中,黄金是79号元素,铅是82号元素,理论上只要从铅原子核中移除3个质子,铅就能转变为黄金。但原子核极小,人工直接操控质子绝无可能,而粒子加速器让这一“炼金术”成为现实。

         研究数据源自LHC 2015至2018年第二次运行期间的实验,科学家用铅原子核构成粒子束,经深入分析发现部分铅核转化为了金核。有趣的是,这一转化并非源于铅核正面对撞,而是它们高速“擦肩而过”的结果。实验中,铅核速度达到光速的99.999993%,两个各带82个正电荷的原子核近距离掠过时,周围电磁场因相对论效应极度畸变压缩,形成高强度横向电磁脉冲。

         这种电磁脉冲会引发铅核间的相互作用,可能将部分质子“踢”出核外,使铅转化为其他元素,黄金便在其中。尽管原理清晰,但若想借此大量制造黄金,却存在两大难以逾越的障碍。首先,生成的黄金多为不稳定同位素,此次实验中产量最高的是Au-203,由铅-208失去3个质子和2个中子形成,其半衰期仅60秒,转瞬就会衰变为稳定的铊-203。

         其次,黄金产量微乎其微。实验中黄金原子核生成峰值为每秒8.9万个,总计约860亿个,看似庞大的数量,总质量却仅29皮克——要知道1克等于1万亿皮克。更关键的是,粒子对撞实验需消耗海量资源,其成本远非这一丁点黄金所能弥补。

         显然,用LHC制造黄金既不现实也无意义。此次研究的核心价值,在于加深了人类对原子核结构、核反应及高强度电磁场影响物质的认知,是基础科学在微观探索领域的重要突破。这场真实版“炼金术”,终究服务于对真理的追寻,而非财富的积累。

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