- ทีมความร่วมมือ ALICE ได้วัดเชิงปริมาณกระบวนการที่ตะกั่วเปลี่ยนเป็นทองคำผ่านการชนกันของนิวเคลียสตะกั่วพลังงานสูงใน LHC ของ CERN
- การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า ในการชนกันแบบเฉียดกัน จะมี สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่รุนแรงทำให้ โปรตอน ถูกปล่อยออกจากนิวเคลียสตะกั่ว และก่อกำเนิดนิวเคลียสทองคำในปริมาณเล็กน้อยมาก
- ได้ใช้เครื่องตรวจจับ ZDC เพื่อ วิเคราะห์อย่างเป็นระบบ ว่ามีการสร้างตะกั่ว แทลเลียม ปรอท และทองคำหรือไม่
- นิวเคลียสทองคำที่สร้างขึ้นมีอยู่เพียงช่วงเวลาสั้นมาก และมีปริมาณ น้อยอย่างยิ่ง จึงไม่สามารถนำไปทำอัญมณีจริงได้
- งานวิจัยครั้งนี้มอบข้อมูลใหม่ที่สามารถใช้ทดสอบ ทฤษฎีการสลายตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้า และช่วยปรับปรุงสมรรถนะของเครื่องเร่งอนุภาคในอนาคต
ความสำคัญของการทดลองเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำผ่าน ALICE ใน LHC
- ทีมความร่วมมือ ALICE ตรวจพบอย่างเป็นระบบเชิงทดลองเป็นครั้งแรกว่า ตะกั่วสามารถเปลี่ยนเป็น ทองคำในปริมาณน้อยมาก ได้ ผ่านการทดลองชนกันแบบเฉียดของ นิวเคลียสตะกั่ว พลังงานสูงที่ CERN's LHC
- งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า ความฝันอันยาวนานของนักเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลางสามารถเกิดขึ้นได้จริงในทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ และยังเป็นการวัดกลไกการแปรธาตุแบบใหม่
ความฝันอันยาวนานของการเล่นแร่แปรธาตุและความก้าวหน้าของฟิสิกส์นิวเคลียร์
- โดยดั้งเดิมแล้ว การเปลี่ยนตะกั่วให้เป็นทองคำซึ่งเป็นโลหะมีค่า คือเป้าหมายของการเล่นแร่แปรธาตุ แต่ในความเป็นจริง ธาตุทั้งสองมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง
- เมื่อเข้าสู่ศตวรรษที่ 20 ได้มีการค้นพบว่าสามารถเปลี่ยนธาตุหนักให้เป็นอีกธาตุหนึ่งได้ผ่าน ปฏิกิริยานิวเคลียร์
- แม้ในอดีตจะมีบันทึกการสร้างทองคำเทียมอยู่แล้ว แต่ครั้งนี้เป็นการวัดเชิงปริมาณของปรากฏการณ์การเปลี่ยนธาตุที่เกิดจาก กลไกใหม่ในการชนแบบเฉียดของนิวเคลียสตะกั่ว
การชนของตะกั่วใน LHC และการสร้างอนุภาคใหม่
- ในการชนประสานหน้าพลังงานสูงของนิวเคลียสตะกั่วใน LHC จะเกิด ควาร์ก-กลูออนพลาสมา
- แต่ในการชนแบบเฉียดซึ่งเกิดขึ้นบ่อยกว่า แม้นิวเคลียสจะไม่ได้ชนกันโดยตรง ก็ยังเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงได้
- ในกรณีนี้จะเกิดกระบวนการ การสลายตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดย ปฏิสัมพันธ์โฟตอน-นิวเคลียส ทำให้โครงสร้างภายในเกิดการสั่น และปล่อย นิวตรอน กับ โปรตอน ออกมาจำนวนเล็กน้อย
- การสร้างทองคำจำเป็นต้อง กำจัดโปรตอน 3 ตัว ออกจากนิวเคลียสตะกั่ว
เครื่องตรวจจับ ALICE และการวัดการสร้างทองคำ
- ในการทดลอง ALICE ได้ใช้เครื่องตรวจจับ ZDC (Zero Degree Calorimeter) เพื่อแยกแยะชนิดของนิวเคลียสที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์โฟตอน-นิวเคลียส
- ด้วยวิธีนี้จึงสามารถวิเคราะห์ปริมาณการสร้างนิวเคลียสของตะกั่ว แทลเลียม ปรอท และทองคำได้อย่างเป็นรูปธรรม
- ผลการทดลองวัดได้ว่า ที่จุดชน ALICE ของ LHC มีการสร้างนิวเคลียสทองคำประมาณ 89,000 นิวเคลียสต่อวินาที
- นิวเคลียสทองคำที่สร้างขึ้นมีพลังงานสูงมาก ชนเข้ากับโครงสร้างของ LHC แล้วแตกสลายในทันที ทำให้มีช่วงเวลาการคงอยู่สั้นอย่างยิ่ง
ปริมาณการสร้างทองคำและความหมายในงานทดลอง LHC
- ตลอดช่วง LHC Run 2 (2015~2018) มีการประเมินว่ามีการสร้างนิวเคลียสทองคำราว 8.6 หมื่นล้านนิวเคลียส
- เมื่อนำไปคำนวณเป็นมวล จะมีเพียง 29 พิโคกรัม (2.9 ×10^-11 g) เท่านั้น จึงไม่สามารถนำไปใช้เป็นโลหะมีค่าได้จริง
- ใน Run 3 รุ่นล่าสุด ปริมาณการสร้างทองคำเพิ่มขึ้นราวสองเท่า แต่ก็ยังไม่ถึงระดับที่จะทำเครื่องประดับได้แม้แต่ชิ้นเดียว
- ดังนั้น ความฝันของการเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลางจึงถือว่าบรรลุได้ในเชิงเทคนิค แต่ยังห่างไกลจากการสร้างความมั่งคั่งจริง
ความสำคัญของผลลัพธ์จาก ALICE และการประยุกต์ใช้ในอนาคต
- ด้วย ZDC ของ ALICE การวิเคราะห์ครั้งนี้จึงเป็นกรณีแรกที่ ตรวจพบและวัดสัญญาณการสร้างทองคำใน LHC ได้อย่างเป็นระบบและเชิงทดลอง
- ผลลัพธ์ครั้งนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำให้กับ ทฤษฎีการสลายตัวทางแม่เหล็กไฟฟ้า และทฤษฎีเหล่านี้ยังมีความสำคัญในทางปฏิบัติ เช่น การคาดการณ์การสูญเสียลำอนุภาคของ LHC และเครื่องเร่งอนุภาคในอนาคต
1 ความคิดเห็น
ความเห็นจาก Hacker News