تحقق رویای دیرین بشر: دانشمندان راهی برای تبدیل فلزات دیگر به طلا پیدا کردند!
رویای ساخت طلا از فلزات دیگر، یکی از قدیمی‌ترین و آرمانی‌ترین رویاهای بشر بوده است. رویایی که حالا دانشمندان در آزمایشگاه سرن واقع در ژنو به آن رنگ واقعیت بخشیده‌اند.
تحریریه حرف مرد: علی شاهرخ- گروهی از دانشمندان در آزمایشگاه سرن در نزدیکی ژنو، که مطالعات و آزمایش‌هایی با برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) انجام می‌دهند، اخیرا و طی یک آزمایش، شاهد تبدیل مستقیم سرب به طلا بوده‌اند.
البته مقدار طلایی که در این فرآیند تولید شده بسیار کم و در حد چند تریلیونم گرم بوده که عمر کوتاهی هم داشته و در عرض چند ثانیه از بین رفته است. اما همین اتفاق خود یکی از رویاهای دیرینه شیمی که با نام کیمیاگران می‌شناسیم را به واقعیت تبدیل کرده است.
رویای کیمیاگران واقعی شد؛ تبدیل سرب به طلا
رویای تبدیل سرب به طلا، در واقع ایده‌ای متعلق به قرون وسطا است که در زمان خود به یک وسواس فکری برای بسیاری از مردم بدل شده بود. تصور اولیه این افراد این بود که به دلیل چگالی یکسان طلا و سرب، می‌توان سرب را به طلا بدل کرد، اما تنها با ظهور شیمی مدرن در قرن بیستم بود که مشخص شد، سرب و طلا دو عنصر با خصایص متمایز هستند و حداقل با روش‌های آن زمان، امکان تبدیل یکی به دیگر یا بالعکس وجود ندارد.
با وجود این، پیشرفت علم در سده بیستم و ظهور فیزیک هسته‌ای، ایده تبدیل عناصر به یکدیگر را بار دیگر پیش کشید. این کار هم به شکل طبیعی، توسط واپاشی رادیواکتیوی و هم در آزمایشگاه با بمباران نوترون‌ها و پروتون‌ها قابل تحقق به نظر می‌رسید.
با وجود اینکه طلای مصنوعی پیش از این نیز تولید شده، اما حالا دانشمندان آزمایشگاه سرن، روش جدیدی برای تبدیل سرب به طلا شامل برخوردهای نزدیک به خطا بین هسته‌های سرب در برخورددهنده هادرونی بزرگ یا LHC ابداع کرده‌اند.
برخوردهای شدید بین هسته‌های سرب در LHC می‌تواند پلاسمای کوارک-گلوئون را ایجاد کند. حالتی بسیار داغ و متراکم از ماده که تصور بر این است حدودا یک میلیونیم ثانیه بعد از بیگ بنگ، فضای جهان را اشباع کرده و منجر به ایجاد ماده‌ای شده که حالا می‌شناسیم.
سرب به دلیل برخورداری از هسته‌های سنگین، یکی از کاربردی‌ترین و پراستفاده‌ترین مواد در آزمایش‌های برخورددهنده ذرات است و به دلیل خواص خود، می‌تواند برای مدت زمان کوتاهی به طلا بدل شود. از آنجایی که در جدول تناوبی، فاصله سرب و طلا به ترتیب با ۸۲ و ۷۹ پروتون زیاد نیست، روش دانشمندان برای تبدیل سرب به طلا در واقع مبتنی بر این ایده بوده که تعدادی از پروتون‌ها و نوترون‌های اتم سرب را کم کنند، تا به طلا دست پیدا کنند!
برای این کار به یک شتاب‌دهنده ذرات نیاز است که بتواند ذرات را با انرژی بالایی برخورد دهد تا پروتون‌ها از هسته جدا شوند. این فرآیند انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کند و به تجهیزات گرانقیمت و بسیار پیچیده‌ای نیاز دارد.
جالب است بدانید که اتم‌های طلای تولید شده در این روش، از برخورد مستقیم هسته‌های سرب پدید نیامده است بلکه حاصل عبور سریع آن‌ها با فاصله‌ای بسیار کم از کنار یکدیگر با سرعت ۹۹.۹۹۹۹۹۳ درصد سرعت نور در شتاب‌دهنده هادرونی بزرگ است.
در این سرعت بالا معمولا مرکز الکترومغناطیسی اطراف هسته سرب به شکل عمود در راستای جهت حرکت وسعت پیدا می‌کند و با عبور نزدیک دو هسته سرب از کنار یکدیگر، منجر به ایجاد پالسی از فوتون‌ها خواهد شد. حالا، برهم کنش یک فوتون باعث فروپاشی ساختار هسته سرب شده و در نتیجه آن، نوترون‌ها و پروتون‌ها از هسته خارج می‌شوند.
گفتنی است که خروجی این فرآیند صرفا طلا نیست چراکه به دلیل خروج برخی از نوترون‌ها و پروتون‌ها از هسته سرب، آن‌ها به عناصر جدیدی از جمله تالیوم با ۸۱ پروتون یا جیوه با ۸۰ پروتون بدل می‌شوند.
در آزمایش مذکور، آشکارساز ALICE با اندازه‌گیری دقیق عملیات و شمارش نوترون‌ها، تولید هر سه عنصر مذکور یعنی طلا، تالیوم و جیوه را تایید کرده است. البته تالیوم و جیوه به مراتب بیشتر از طلا تولید شده‌اند ولی طلا نیز بر اساس اعلام سرن در حدود ۸۹۰۰ هسته در ثانیه تولید شده است.
دومین دور فعالیت شتاب‌دهنده نیز حدود ۲۹ پیکوگرم طلا تولید کرده است. برای درک حجم اندک بودن این مقدار خوب است بدانید پیکوگرم واحدی برای اندازه‌گیری باکتری‌هاست. از سوی دیگر، هسته‌های طلایی که در این فرآیند تشکیل می‌شوند، بلافاصله بعد از تشکیل و در نتیجه برخورد با دیواره‌های برخورددهنده هادرونی بزرگ، به پروتون، نوترون و الکترون تجزیه شده‌اند.
لازم به ذکر است که نتایج این پژوهش در مجله علمی Physical Review C منتشر شده که برای مطالعه دقیق‌تر می‌توانید به آن رجوع کنید.
منبع: cern و livescience
