Orta Çağ simyacıları yüzyıllar boyunca kurşunu altına çevirmeyi hayal etti. Bugün ise fizikçiler, kimya ile mümkün olmayan bu dönüşümü parçacık fiziği sayesinde gerçekleştirdi.
İsviçre’deki CERN bünyesinde çalışan bilim insanları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) yapılan deneylerde çok küçük miktarda altın üretildiğini açıkladı.
ALICE deneyinde, kurşun atomlarının birbirine ışık hızına yakın hızlarda çarpıştırılması sırasında tesadüfen altın çekirdekleri oluştu. Üretilen altının toplam miktarı ise yalnızca 29 trilyonda bir gram olarak hesaplandı.
Kurşun ve altın farklı elementler. Aralarındaki temel fark, çekirdeklerindeki proton sayısı. Bir kurşun atomunun çekirdeğinde, altın atomuna göre tam üç proton daha fazla bulunuyor.
Bu nedenle teorik olarak kurşundan altın elde etmek için, kurşun çekirdeğinden üç proton koparmak gerekiyor.
Protonlar atomun çekirdeğinde yer alıyor. Elektrik yükü taşıdıkları için güçlü bir elektrik alan tarafından çekilip itilebiliyorlar. Ancak çekirdeği bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet son derece güçlü ve kısa menzilli bir etkiye sahip.
Bu nedenle protonları çekirdekten sökebilmek için, yıldırım oluşturan alanlardan bile yaklaşık bir milyon kat daha güçlü bir elektrik alan gerekiyor.
KURŞUN ÇEKİRDEKLERİ IŞIK HIZINA YAKLAŞTIRILDI
Bilim insanları bu aşırı güçlü alanı, LHC’de kurşun çekirdeklerini birbirine ışık hızına çok yakın hızlarda fırlatarak oluşturdu.
Kurşun çekirdekleri tam çarpıştığında çekirdekler büyük ölçüde parçalanıyor. Ancak daha sık yaşanan durum “tam çarpışma” değil, yakın geçiş.
Kurşun çekirdekleri birbirini ıskalayıp çok yakınından geçtiğinde, güçlü nükleer kuvvet devreye girmiyor. Bunun yerine çekirdekler birbirini elektromanyetik kuvvetle etkiliyor.
Bu yakın geçiş sırasında iki çekirdek arasındaki elektrik alan çok büyüyor. Hızla değişen bu alan, çekirdekleri “titreştirerek” bazı protonların kopmasına neden olabiliyor.
Eğer bir kurşun çekirdeği tam üç proton kaybederse, artık kurşun değil altın çekirdeği haline geliyor.
ALICE deneyinde bilim insanları, oluşan altın çekirdeklerini doğrudan gözlemleyemiyor. Bunun yerine “sıfır derece kalorimetreleri” (zero-degree calorimeters) adı verilen dedektörlerle çekirdeklerden kopan protonları sayıyorlar.
Bu yöntemle altın üretimi dolaylı olarak tespit ediliyor.
SANİYEDE 89 BİN ALTIN ÇEKİRDEĞİ
ALICE ekibinin hesaplamalarına göre, kurşun çekirdekleri çarpıştırılırken saniyede yaklaşık 89 bin altın çekirdeği oluşuyor.
Aynı süreçte farklı elementlerin de üretildiği gözlendi:
- Talyum: 1 proton kopunca
- Cıva: 2 proton kopunca
- Altın: 3 proton kopunca
Ortaya çıkan yeni çekirdekler, proton kaybettikleri için LHC içindeki ideal yörüngelerinde kalamıyor. Bu çekirdekler çok kısa süre içinde (mikrosaniyeler içinde) hızla savrulup çarpıştırıcının iç duvarlarına çarpıyor.
Bu durum, ışın demetinin zamanla zayıflamasına yol açtığı için bilim insanları açısından altın üretimi bir “başarıdan” çok, deney düzeni için istenmeyen bir yan etki olarak görülüyor.
Yine de bu “kazara simya”, parçacık çarpıştırıcılarında neler yaşandığını anlamak açısından önemli kabul ediliyor.
Bilim insanları, bu tür süreçlerin anlaşılmasının hem mevcut deneylerin yorumlanması hem de gelecekte kurulabilecek daha büyük çarpıştırıcıların tasarlanması için kritik olduğunu vurguluyor.
