近日，歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機（LHC）的大型離子對撞實驗（ALICE）合作組宣布，通過鉛離子束的超高能對撞，首次系統(tǒng)性觀測到鉛原子核（質(zhì)子數(shù)82）向金原子核（質(zhì)子數(shù)79）的瞬時轉(zhuǎn)變。這一突破性成果不僅重現(xiàn)了煉金術士的終極夢想，更以科學手段揭示了核嬗變的新機制，相關研究發(fā)表于《物理評論快報》。
微觀“煉金術”：光子脈沖觸發(fā)質(zhì)子剝離
實驗中，兩束鉛離子以99.999993%的光速在LHC內(nèi)“擦肩而過”，而非直接碰撞。此時，高速運動的鉛核周圍形成極強的電磁場，壓縮成橫向的“煎餅狀”結(jié)構，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)電磁解離過程，導致鉛核噴射出3個質(zhì)子（及中子），最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸷�。ALICE團隊通過零度量熱器（ZDC）精確捕捉中子數(shù)量變化，確認了這一反應路徑。
數(shù)據(jù)亮點：短暫存在與微量產(chǎn)出
在2015-2018年LHC第二輪運行期間，ALICE探測器記錄到860億個金原子核，總質(zhì)量僅29皮克（2.9×10⁻¹¹克）。這些金核以99.999993%光速運動，平均壽命僅1微秒，隨后因撞擊探測器部件或衰變（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，為核物理模型提供了關鍵數(shù)據(jù)。
科學意義：超越煉金術的實用價值
“這不僅是現(xiàn)代版‘點石成金’，更是對極端條件下物質(zhì)行為的深度探索�！盇LICE合作組發(fā)言人Marco van Leeuwen表示。該研究揭示了高能光子改變原子核結(jié)構的機制，有助于優(yōu)化LHC的束流穩(wěn)定性，減少實驗中的能量損耗。此外，對鉛-金嬗變路徑的解析（如同時生成汞、鉈等副產(chǎn)物）為核天體物理研究提供了新視角。
歷史對比：從SPS到LHC的技術飛躍
早在2002-2004年，CERN的超級質(zhì)子同步加速器（SPS）曾觀測到鉛轉(zhuǎn)金現(xiàn)象，但LHC的超高能對撞使產(chǎn)金概率提升百倍，且首次實現(xiàn)系統(tǒng)性探測。紐約州立大學石溪分校物理學家Jiangyong Jia指出：“LHC的能量強度和探測器靈敏度，讓這一微觀過程首次清晰可見�！� [1] [2] 下一頁 |
