点铅成金：欧洲核子研究中心（CERN）的真实炼金术
在日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN）庞大建筑群的静谧走廊中，一个曾经令中世纪炼金术士痴迷的追求找到了现代科学的实现。使用ALICE（大型离子对撞实验）探测器的物理学家们已观测到铅向黄金的转变。然而，这种嬗变并非源于神秘的咒语，而是量子力学与相对论物理学的相互作用，当铅原子核被加速到光速的99.999993%时，它们经历近距离碰撞。
ALICE合作团队最近在《物理评论期刊》上发表了他们的发现，对这一发生在大型强子对撞机27公里环形隧道内的非凡现象进行了定量研究。他们的研究超越了科学好奇心的范畴，为爱因斯坦的标志性方程E=mc²提供了深刻的演示，展示了物质在极端条件下的转变。”令人印象深刻的是，我们的探测器既能处理产生数千个粒子的正面碰撞，同时也能敏感地探测到每次只产生少数粒子的碰撞，”ALICE发言人马可·范·莱文（Marco Van Leeuwen）解释道。”这使得电磁核嬗变过程的研究成为可能。”
这种转变是电磁离解的结果。当含有82个质子的铅原子核以相对论速度勉强避免直接撞击时，它们产生令人难以置信的强烈电磁场。这些电磁场被压缩成超薄的煎饼状波，产生足够强大的光子脉冲，能够从铅原子核中弹出三个质子，将其转变为含有79个质子的黄金。
利用零度量能器，ALICE团队以卓越的精度测量了这些相互作用。他们的数据表明，在一秒钟的运行期间，大约有89,000个金原子核在ALICE碰撞点形成。这些新形成的金原子核在其嬗变状态下仅存在几分之一秒，然后在与加速器基础设施接触时分解为亚原子粒子。
计算显示，在大型强子对撞机2015年至2018年的第二期运行期间，欧洲核子研究中心的四个主要实验中共创造了约860亿个金原子核。这相当于大约29皮克的黄金。即使在第三期运行期间预期产量翻倍，总质量仍然比制作最微小珠宝所需的量小数万亿倍。”得益于ALICE量能器的独特能力，目前的分析是首次系统性地在大型强子对撞机上实验检测和分析黄金产生特征，”ALICE合作团队的乌利安娜·德米特里耶娃（Uliana Dmitrieva）指出。
除了与炼金术雄心的诗意对称之外，这些发现在理解粒子加速器中的束流损失方面也具有实际应用价值，这是限制当前和未来对撞机性能的关键因素。正如ALICE的约翰·乔伊特（John Jowett）所指出的，”这些结果还测试和改进了电磁离解的理论模型，这些模型除了其内在的物理意义外，还被用于理解和预测束流损失。”
中世纪炼金术士通过神秘主义和原始化学所寻求的目标，现代物理学家通过对量子相互作用的基本理解已经实现了。尽管产生的数量永远不会在物质意义上让任何人富裕，但从这些实验中提取的科学知识黄金可能比任何贵金属都更有价值。