Các nhà khoa học đã biến chì thành vàng

Nhưng kiến thức hiện đại của chúng ta cho chúng ta biết sự khác biệt cơ bản giữa một nguyên tử chì và một nguyên tử vàng: nguyên tử chì chứa nhiều hơn 3 proton. Vậy chúng ta có thể tạo ra một nguyên tử vàng chỉ bằng cách kéo 3 proton ra khỏi một nguyên tử chì không?

Thực ra là chúng ta có thể. Nhưng điều đó không dễ dàng.

Trong khi đập các nguyên tử chì vào nhau ở tốc độ cực cao trong nỗ lực mô phỏng trạng thái của vũ trụ ngay sau Vụ nổ lớn, các nhà vật lý làm việc trong thí nghiệm ALICE tại Máy Gia tốc hạt Hadron lớn ở Thụy Sĩ đã tình cờ tạo ra một lượng nhỏ vàng. Trên thực tế, lượng cực kỳ nhỏ: tổng cộng khoảng 29 phần nghìn tỷ của một gam.

Làm thế nào để rút 1 proton

Proton được tìm thấy trong hạt nhân của nguyên tử. Làm thế nào để có thể kéo chúng ra?

Vâng, proton có điện tích, nghĩa là một trường điện có thể kéo hoặc đẩy chúng xung quanh. Đặt một hạt nhân nguyên tử trong một trường điện có thể làm được điều đó.

Tuy nhiên, các hạt nhân được giữ lại với nhau bằng một lực rất mạnh có phạm vi rất ngắn, được gọi một cách tưởng tượng là lực hạt nhân mạnh. Điều này có nghĩa là cần một trường điện cực mạnh để kéo các proton ra – mạnh hơn khoảng một triệu lần so với trường điện tạo ra tia sét trong khí quyển.

Cách các nhà khoa học tạo ra trường này là bắn các chùm hạt nhân chì vào nhau với tốc độ cực cao – gần bằng tốc độ ánh sáng.

Sự kỳ diệu của một sự cố

Khi các hạt nhân chì va chạm trực diện, lực hạt nhân mạnh sẽ xuất hiện và cuối cùng chúng bị phá hủy hoàn toàn. Nhưng thông thường hơn, các hạt nhân sẽ va chạm gần và chỉ ảnh hưởng lẫn nhau thông qua lực điện từ.

Cường độ của trường điện giảm rất nhanh khi bạn di chuyển ra xa vật thể có điện tích (như proton). Nhưng ở khoảng cách rất ngắn, ngay cả một điện tích nhỏ cũng có thể tạo ra một trường rất mạnh.

Vì vậy, khi một hạt nhân chì chỉ lướt qua một hạt nhân chì khác, trường điện giữa chúng rất lớn. Trường điện thay đổi nhanh giữa các hạt nhân khiến chúng rung động và thỉnh thoảng phun ra một số proton. Nếu một trong số chúng phun ra chính xác 3 proton, hạt nhân chì đã biến thành vàng.

Đếm proton

Vậy nếu bạn đã biến một nguyên tử chì thành vàng, làm sao bạn biết được? Trong thí nghiệm ALICE, họ sử dụng các máy dò đặc biệt gọi là nhiệt lượng kế không độ để đếm các proton tách ra khỏi hạt nhân chì.

Họ không thể quan sát được các hạt nhân vàng nên họ chỉ biết về chúng một cách gián tiếp.

Các nhà khoa học ALICE tính toán rằng, trong khi họ đang va chạm các chùm hạt nhân chì, họ tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây. Họ cũng quan sát quá trình sản xuất các nguyên tố khác: thallium, là thứ bạn nhận được khi lấy 1 proton từ chì, cũng như thủy ngân (2 proton).

Có thể sản xuất vàng hàng loạt từ chì?

Khi một hạt nhân chì đã biến đổi bằng cách mất proton, nó không còn ở quỹ đạo hoàn hảo giúp nó lưu thông bên trong ống chùm chân không của Máy Gia tốc hạt Hadron lớn. Trong vài micro giây, nó sẽ va chạm với các bức tường.

Hiệu ứng này làm cho chùm tia yếu dần theo thời gian. Vì vậy, đối với các nhà khoa học, việc sản xuất vàng tại máy gia tốc thực chất là một điều phiền toái hơn là một điều may mắn.

Tuy nhiên, việc hiểu được quá trình giả kim ngẫu nhiên này là điều cần thiết để hiểu được các thí nghiệm – và để thiết kế những thí nghiệm lớn hơn trong tương lai.

Phương Oanh - theconversation