Alchymisté kdysi snili o tom, že promění obyčejné olovo ve zlato. Dnes už víme, že žádná chemická kouzla nevedou k cíli – olovo i zlato jsou totiž zcela odlišné prvky, které se liší počtem protonů v jádře. Přesto se moderním fyzikům podařilo tento dávný sen symbolicky naplnit: v útrobách Velkého hadronového urychlovače (podrobnosti viz Wikipedia) v CERNu skutečně vzniklo zlato z olova – byť jen na zlomek sekundy a v naprosto zanedbatelném množství.
Klíčem k tomuto nečekanému „alchymistickému“ úspěchu jsou takzvané ultraperiferální srážky. Když se v urychlovači míjejí těsně vedle sebe dvě těžká jádra olova, nevzniká kvark-gluonové plazma, jako tomu bývá při přímých srážkách, ale dochází k interakci jejich extrémně silných elektromagnetických polí.
Stačí vyrvat tři protony
Tato magnetická pole jsou natolik intenzivní, že mohou z jádra olova „vyrvat“ několik protonů. Pokud jsou vyraženy právě tři, promění se olovo (s 82 protony) v jádro zlata (se 79 protony). Rychlost vzniku zlata je cca 89 tisíc jader za sekundu.
Fyzikům se podařilo proměnit olovo ve zlato
Samotný proces je známý jako elektromagnetická disociace. Funguje tak, že jádro olova pohltí energetický virtuální foton, což vede k excitaci a následné emisi protonů a neutronů. Nejčastěji při tom vzniká thallium (ztráta jednoho protonu) a rtuť (ztráta dvou protonů), zatímco zlato vzniká jen vzácně.
Experiment ALICE
Experiment ALICE (zkratka pro A Large Ion Collider Experiment) využívá speciální přístroje, tzv. kalorimetry nulového úhlu (Zero Degree Calorimeters), které dokážou spočítat počet emitovaných protonů a neutronů a tím určit, jaký prvek právě vznikl.
Výsledky jsou fascinující: během druhé fáze provozu Velkého hadronového urychlovače (v letech 2015 až 2018) vzniklo ve všech hlavních experimentech asi 86 miliard jader zlata. Na první pohled to vypadá jako ohromné číslo, ale ve skutečnosti jde o pouhých 29 pikogramů. ALICE je tak historicky prvním experimentem, který kvantifikoval vznik zlata tímto způsobem.
Zlato existuje jen několik mikrosekund
Jádra zlata existují jen několik mikrosekund, než se při nárazu na stěny urychlovače rozpadnou, přičemž jde o nezachytitelný a velmi rychlý proces. V rámci třetí fáze provozu se údajně povedlo toto množství téměř zdvojnásobit, ale pořád je to mnohonásobně méně, než kolik by stačilo třeba na zlatý zub.
Část urychlovače v CERNu
Z ekonomického hlediska je tedy „výroba zlata“ tímto způsobem naprosto bezvýznamná – náklady na provoz urychlovače jsou astronomické a výsledné množství zlata by nestačilo ani na špendlíkovou hlavičku. Skutečný přínos spočívá v hlubším pochopení jaderné fyziky, testování modelů elektromagnetické disociace a v optimalizaci provozu samotného urychlovače.
Experiment ALICE tak ukazuje, že i vedlejší produkty základního výzkumu mohou přinášet cenné poznatky. Přesné měření vzácných transmutací otevírá nové možnosti pro testování teoretických modelů a pomáhá lépe porozumět extrémním podmínkám, které panovaly v raném vesmíru. Můžeme si tak užít krásný paradox: dávný sen alchymistů se naplnil, byť jen na okamžik a v měřítku, které by středověké mistry rozhodně neoslnilo.