hr.trung
Rìu Sắt Đôi
Trong thời gian vận hành lần thứ hai của Máy gia tốc hạt lớn (LHC) từ năm 2015 đến 2018, các nhà khoa học thuộc nhóm hợp tác ALICE tại CERN đã xác nhận lần đầu tiên sự hình thành thực nghiệm của các hạt nhân vàng từ các va chạm gần giữa các ion chì tốc độ cao. Nghiên cứu sử dụng các máy đo nhiệt lượng tại góc zero (Zero Degree Calorimeters - ZDCs) để phát hiện và định lượng sự hình thành hạt nhân vàng, cũng như các đồng vị khác như thallium và thủy ngân. Mặc dù khối lượng vàng tạo thành cực nhỏ và tồn tại rất ngắn, nghiên cứu này mở ra một hướng tiếp cận mới trong việc khám phá biến đổi hạt nhân thông qua tương tác điện từ ở cấp độ năng lượng cao.
Trong câu chuyện cổ tích Nghỉn lẻ một đêm ý tưởng biến chì thành vàng đã từng được kể lại. Trong văn hóa Ả Rập thời Trung Cổ, giả kim thuật rất phổ biến, chuyện biến kim loại thành vàng có được đề cập gián tiếp thông qua các nhân vật phù thủy, pháp sư hoặc nhà giả kim (alchemist) — những người sở hữu kiến thức hoặc phép thuật kỳ bí.
Tuy nhiên, phải đến thời hiện đại với sự ra đời của các máy gia tốc hạt, ý tưởng này mới được kiểm chứng trên cơ sở vật lý thực nghiệm. Dù trước đây từng có những dự đoán lý thuyết về khả năng này, nghiên cứu hiện tại đánh dấu lần đầu tiên con người định lượng được quá trình hình thành hạt nhân vàng từ chì bằng va chạm hạt tốc độ cao.
Các ion chì (Pb) được tăng tốc trong LHC tới tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (99,999993%) và được cho di chuyển ngược chiều nhau. Khi các hạt nhân này lướt qua nhau ở khoảng cách rất gần nhưng không va chạm trực tiếp, trường điện từ giữa chúng tạo ra các xung photon mạnh. Các photon này kích thích cấu trúc nội tại của hạt nhân chì, dẫn đến hiện tượng phát xạ proton và neutron, tạo thành các hạt nhân mới như vàng (Au), thallium (Tl), và thủy ngân (Hg).
Máy dò ALICE sử dụng các ZDCs để đếm số neutron và proton tự do sinh ra từ quá trình này, cho phép tái dựng lại thành phần hạt nhân và định lượng số lượng nguyên tử mới hình thành.
Số lượng hạt nhân vàng tạo ra đạt mức tối đa 89.000 hạt mỗi giây.
Dù lượng vàng được tạo thành là cực kỳ nhỏ và không thể thu hồi, nghiên cứu này mang lại giá trị khoa học to lớn. Nó minh chứng rằng biến đổi hạt nhân có thể xảy ra qua tương tác điện từ phi trực tiếp trong điều kiện năng lượng cực cao. Việc định lượng chính xác sản phẩm của các va chạm không trực diện là một thách thức về mặt kỹ thuật và chỉ có thể thực hiện được nhờ các máy dò tiên tiến như ALICE ZDCs. Đồng thời, điều này cũng cung cấp dữ liệu quý giá cho các mô hình hạt nhân trong vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn.
Nghiên cứu của nhóm hợp tác ALICE tại CERN là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên cho thấy hạt nhân vàng có thể được tạo thành từ chì thông qua các tương tác điện từ trong va chạm gần tại LHC. Dù không có giá trị kinh tế, kết quả mang ý nghĩa lớn trong vật lý hạt, mở rộng hiểu biết về cấu trúc hạt nhân và các quá trình chuyển hóa hiếm gặp.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review C.
Các bạn có thể tham khảo thêm thông tin tại đây
home.cern
DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906
Trong câu chuyện cổ tích Nghỉn lẻ một đêm ý tưởng biến chì thành vàng đã từng được kể lại. Trong văn hóa Ả Rập thời Trung Cổ, giả kim thuật rất phổ biến, chuyện biến kim loại thành vàng có được đề cập gián tiếp thông qua các nhân vật phù thủy, pháp sư hoặc nhà giả kim (alchemist) — những người sở hữu kiến thức hoặc phép thuật kỳ bí.
Tuy nhiên, phải đến thời hiện đại với sự ra đời của các máy gia tốc hạt, ý tưởng này mới được kiểm chứng trên cơ sở vật lý thực nghiệm. Dù trước đây từng có những dự đoán lý thuyết về khả năng này, nghiên cứu hiện tại đánh dấu lần đầu tiên con người định lượng được quá trình hình thành hạt nhân vàng từ chì bằng va chạm hạt tốc độ cao.
Các ion chì (Pb) được tăng tốc trong LHC tới tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (99,999993%) và được cho di chuyển ngược chiều nhau. Khi các hạt nhân này lướt qua nhau ở khoảng cách rất gần nhưng không va chạm trực tiếp, trường điện từ giữa chúng tạo ra các xung photon mạnh. Các photon này kích thích cấu trúc nội tại của hạt nhân chì, dẫn đến hiện tượng phát xạ proton và neutron, tạo thành các hạt nhân mới như vàng (Au), thallium (Tl), và thủy ngân (Hg).
Máy dò ALICE sử dụng các ZDCs để đếm số neutron và proton tự do sinh ra từ quá trình này, cho phép tái dựng lại thành phần hạt nhân và định lượng số lượng nguyên tử mới hình thành.
Số lượng hạt nhân vàng tạo ra đạt mức tối đa 89.000 hạt mỗi giây.
- Tổng khối lượng vàng sinh ra trong giai đoạn 2015–2018 là 29 picogram (1 picogram = 10⁻¹² gram).
- Ngoài vàng, các đồng vị thallium (81 proton) và thủy ngân (80 proton) cũng được tạo ra với số lượng lớn hơn.
- Các hạt nhân mới sinh ra tồn tại trong thời gian rất ngắn và phân rã gần như ngay lập tức khi va chạm vào thành máy gia tốc
Dù lượng vàng được tạo thành là cực kỳ nhỏ và không thể thu hồi, nghiên cứu này mang lại giá trị khoa học to lớn. Nó minh chứng rằng biến đổi hạt nhân có thể xảy ra qua tương tác điện từ phi trực tiếp trong điều kiện năng lượng cực cao. Việc định lượng chính xác sản phẩm của các va chạm không trực diện là một thách thức về mặt kỹ thuật và chỉ có thể thực hiện được nhờ các máy dò tiên tiến như ALICE ZDCs. Đồng thời, điều này cũng cung cấp dữ liệu quý giá cho các mô hình hạt nhân trong vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn.
Nghiên cứu của nhóm hợp tác ALICE tại CERN là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên cho thấy hạt nhân vàng có thể được tạo thành từ chì thông qua các tương tác điện từ trong va chạm gần tại LHC. Dù không có giá trị kinh tế, kết quả mang ý nghĩa lớn trong vật lý hạt, mở rộng hiểu biết về cấu trúc hạt nhân và các quá trình chuyển hóa hiếm gặp.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review C.
Các bạn có thể tham khảo thêm thông tin tại đây
ALICE detects the conversion of lead into gold at the LHC
In a paper published in Physical Review Journals, the ALICE collaboration reports measurements that quantify the transmutation of lead into gold in CERN’s Large Hadron Collider (LHC). Transforming the base metal lead into the precious metal gold was a dream of medieval alchemists. This...
DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906
