Voor het eerst in de geschiedenis is het wetenschappers gelukt om lood daadwerkelijk om te zetten in goud.
De historische doorbraak werd gerealiseerd in de gigantische deeltjesversneller van CERN: de Large Hadron Collider (LHC). Met behulp van de unieke ALICE Zero Degree Calorimeters (ZDC) zijn fysici erin geslaagd de kenmerkende sporen van goudproductie tijdens de botsingen van loodionen te detecteren.
Van lood naar goud
Eeuwenlang probeerden alchemisten met mysterieuze formules en experimenten het basismetaal lood om te zetten in het edelmetaal goud. Hoewel we nu weten dat lood (Pb) en goud (Au) volledig verschillende chemische elementen zijn, heeft dit oude verlangen de wetenschap nooit helemaal losgelaten.
Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Physical Review C, is het nu fysisch mogelijk gebleken om deze transmutatie op subatomair niveau te realiseren – zij het kortstondig en in minieme hoeveelheden.
Tijdens extreem energierijke botsingen tussen loodionen in de LHC ontstaat een quark-gluonplasma, een toestand van materie die vermoedelijk een miljoenste van een seconde na de oerknal het universum vulde. De loodkernen reizen hierbij met bijna de lichtsnelheid en komen elkaar rakelings voorbij. Dit soort ‘near-miss’ botsingen wekt buitengewoon intense elektromagnetische velden op, die op hun beurt een stortvloed aan virtuele fotonen vrijlaten. Deze virtuele fotonen botsen met de loodkernen, waarbij soms drie protonen uit de kern worden verwijderd. Een loodkern (82 protonen) die drie protonen verliest, verandert in een goudkern (79 protonen). Dit proces wordt ook wel nucleaire transmutatie genoemd.
“86 miljard goudkernen geproduceerd”
De detectie van deze goudnuclei werd mogelijk gemaakt door de ALICE ZDC’s. Deze calorimeters zijn in staat om zowel de massieve botsingen met duizenden deeltjes als de zeldzame elektromagnetische transmutaties te registreren. “Het is indrukwekkend dat onze detectoren zulke uiteenlopende gebeurtenissen kunnen vastleggen,” aldus Dr. Marco Van Leeuwen, woordvoerder van de ALICE-collaboratie.
Uit de analyses blijkt dat de LHC tijdens lood-loodbotsingen goud produceert met een piek van ongeveer 89.000 goudkernen per seconde. Echter, deze goudatomen zijn extreem kortlevend. Voordat ze hun weg zouden kunnen vinden naar een klompje goud, botsen ze al met de structuren van de LHC en verdwijnen ze even snel als dat ze ontstaan.
“Tijdens Run 2 van de LHC (2015–2018) werden naar schatting 86 miljard goudkernen geproduceerd,” meldde het onderzoeksteam. In termen van massa komt dit neer op slechts 29 picogram (2,9 × 10^-11 gram). Het mag dan een druppel op een gloeiende plaat lijken, maar het is wel een historische druppel.
Toekomstperspectief
Hoewel de LHC voorlopig geen goudmijnen zal vervangen, heeft deze experimentele alchemie een belangrijke wetenschappelijke waarde.
De resultaten bieden nieuwe inzichten voor de werking van deeltjesversnellers en verbeteren theoretische modellen van elektromagnetische dissociatie. “De experimenten testen en verfijnen modellen die niet alleen van fundamenteel belang zijn, maar ook bijdragen aan het begrijpen van verliesprocessen in de bundels van de LHC en toekomstige versnellers,” verklaarde John Jowett van de ALICE-collaboratie.
Deze historische transmutatie toont aan dat alchemie, zij het op subatomair niveau, geen pure fantasie is. Met de juiste technologie en een diep begrip van natuurkundige processen, kan de droom van de alchemist een wetenschappelijke werkelijkheid worden – al is het slechts voor een fractie van een seconde.
