从古至今，将普通金属炼成黄金一直是炼金术士与科学家们的梦想，但均以失败告终。近期，一个国际团队透过大型强子对撞机，成功将铅瞬间变成黄金。尽管黄金存在的时间短暂，但已成现代炼金术重要里程碑。

美国堪萨斯大学（University of Kansas）和多个其它地区国家的大学、科研机构等共同合作，使用新的精密而灵敏的探测器，观察到铅离子在大型强子对撞机（LHC）中对撞后，会短暂变成黄金。

这项突破性发现，不仅引起了全球媒体和科学界的关注，更被科学家视为设计更先进、更安全的粒子加速器的关键一步。该研究成果于权威期刊《物理评论》上发表。

过去，观测机器很难完全侦测到粒子正面碰撞后产生的数据，原因是粒子正面碰撞后，更小的粒子会四处飞溅。另外，科学家对于“擦肩而过”的超外围碰撞现象也深感兴趣，因为这些粒子即便没有直接接触，在足够近的距离下也会产生相互作用。

为了更准确检测这些数据，堪萨斯大学团队与欧洲核子研究组织（CERN）旗下的大型强子对撞机实验室（ALICE），共同开发出追踪质子和离子之间“超外围”碰撞的创新技术，该技术在LHC对撞机中取得了显着成效。

研究团队指出，铅原子核在LHC对撞机中近光速（高达光速的99.999993%）移动时，会产生短暂的光子脉冲，并触发“电磁离解”过程。此过程中，光子与原子核相互作用激发其内部结构振荡，导致少量中子和质子喷射出。

实验中，研究团队将铅金属离子（包含82个质子）以近光速发射后，与另一个相同速度的铅离子对撞。结果显示，铅离子内部的原子核被撞出3个质子后，会在极短的时间内变成黄金（包含79个质子），但存在时间为一秒。

另外，他们发现，若铅金属被撞出不同数量的质子，就可能变成铊、汞、铂（白金）等其它元素。实验中，团队甚至测试了铅与金的对撞，也得到相似的结果。

研究人员还分析哪些金属被撞出来的频率比较高。结果显示，铅撞击后生成铊或汞的频率，要低于生成金的频率。

然而，这些新原子核的寿命极其短暂，容易衰变成其它金属。同时，研究团队发现这些对撞出来的物质，可能会撞到LHC对撞机中的其它零件，从而触发机器的安全警报系统。

堪萨斯大学LHC与ALICE实验团队表示，黄金的诞生虽然让大众着迷，但他们计划继续研究超边缘碰撞，因为理解这些相互作用的潜力，仍有待进一步深入。

该研究团队使用的大型强子对撞机，是一座横跨法国和瑞士边境、长达17英里的地下粒子加速器。其中采用了一种精密而灵敏的探测器“零度量热器（ZDC）”，用于检测光子与原子核相互作用的数量。

堪萨斯大学物理学教授、ALICE计划负责人丹尼尔‧塔皮亚·高木（Daniel Tapia Takaki）对该校的新闻室解释，“当带电离子加速到接近光速时，它就会开始发光。一个离子发出的光可以拍摄另一个离子的照片。当光的能量足够高时，它可以探测到另一个原子核的深处，就像一个高能量闪光灯。”

他接着说，“有时，两个离子的光子会相互作用，我们把这称之为光子与光子碰撞。这些事件极其‘干净’，几乎没有其它物质产生。这与典型的碰撞形成了鲜明对比，因为典型的粒子碰撞时会出现小粒子四处飞溅的情况。”

他解释，“这种光的能量非常高，它可以将质子从原子核中击出。有时是一个，有时是2个、3个甚至4个质子。我们可以用探测器直接看到这些被击出的质子。”

图为粒子互相撞击后，发生强光的示意图。（Shutterstock）

ALICE发言人马可‧范‧莱文（Marco Van Leeuwen）表示，“我们的探测器不仅可以处理产生数千个粒子的正面碰撞，还能检测少量粒子与粒子之间的相互作用。另外，我们能借此研究电磁核转换的过程（化学元素转化成另外一种元素，或同位素转化为另一种同位素）。”

“该研究结果也改进了电磁解离的理论模型。这些模型除了内在的物理意义之外，还用于理解和预测光束损失。这些结果对于未来设计出新的粒子加速器来说至关重要。”ALICE合作计划的约翰‧乔伊特（John Jowett）表示。

这项研究也得到了美国能源部（DOC）科学办公室、核子物理办公室的支持。