近日，歐洲核子研究中心（CERN）大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)（ALICE）合作組宣布，通過(guò)鉛離子束的超高能對(duì)撞，首次系統(tǒng)性觀測(cè)到鉛原子核（質(zhì)子數(shù)82）向金原子核（質(zhì)子數(shù)79）的瞬時(shí)轉(zhuǎn)變。這一突破性成果不僅重現(xiàn)了煉金術(shù)士的終極夢(mèng)想，更以科學(xué)手段揭示了核嬗變的新機(jī)制，相關(guān)研究發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
微觀“煉金術(shù)”：光子脈沖觸發(fā)質(zhì)子剝離
實(shí)驗(yàn)中，兩束鉛離子以99.999993%的光速在LHC內(nèi)“擦肩而過(guò)”，而非直接碰撞。此時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)的鉛核周圍形成極強(qiáng)的電磁場(chǎng)，壓縮成橫向的“煎餅狀”結(jié)構(gòu)，并釋放高能光子脈沖。這些光子與鄰近鉛核相互作用，引發(fā)電磁解離過(guò)程，導(dǎo)致鉛核噴射出3個(gè)質(zhì)子（及中子），最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸷�。ALICE團(tuán)隊(duì)通過(guò)零度量熱器（ZDC）精確捕捉中子數(shù)量變化，確認(rèn)了這一反應(yīng)路徑。
數(shù)據(jù)亮點(diǎn)：短暫存在與微量產(chǎn)出
在2015-2018年LHC第二輪運(yùn)行期間，ALICE探測(cè)器記錄到860億個(gè)金原子核，總質(zhì)量?jī)H29皮克（2.9×10⁻¹¹克）。這些金核以99.999993%光速運(yùn)動(dòng)，平均壽命僅1微秒，隨后因撞擊探測(cè)器部件或衰變（如生成鉈、汞等）而消失。盡管產(chǎn)量極低，但研究首次量化了光子與原子核相互作用的特征信號(hào)，為核物理模型提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
科學(xué)意義：超越煉金術(shù)的實(shí)用價(jià)值
“這不僅是現(xiàn)代版‘點(diǎn)石成金’，更是對(duì)極端條件下物質(zhì)行為的深度探索。”ALICE合作組發(fā)言人Marco van Leeuwen表示。該研究揭示了高能光子改變?cè)雍私Y(jié)構(gòu)的機(jī)制，有助于優(yōu)化LHC的束流穩(wěn)定性，減少實(shí)驗(yàn)中的能量損耗。此外，對(duì)鉛-金嬗變路徑的解析（如同時(shí)生成汞、鉈等副產(chǎn)物）為核天體物理研究提供了新視角。
歷史對(duì)比：從SPS到LHC的技術(shù)飛躍
早在2002-2004年，CERN的超級(jí)質(zhì)子同步加速器（SPS）曾觀測(cè)到鉛轉(zhuǎn)金現(xiàn)象，但LHC的超高能對(duì)撞使產(chǎn)金概率提升百倍，且首次實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性探測(cè)。紐約州立大學(xué)石溪分校物理學(xué)家Jiangyong Jia指出：“LHC的能量強(qiáng)度和探測(cè)器靈敏度，讓這一微觀過(guò)程首次清晰可見�！� [1] [2] 下一頁(yè) |
