安徽
在粒子加速器的帮助下，科学家可以把那些微观粒子加速到极高的速度，然后让它们发生猛烈碰撞，如此一来，科学家就可以通过研究碰撞过程以及碰撞产生的各种“碎片”，来探索物质最深层的秘密。
就目前的情况来看，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider, 简称LHC），是世界上最大的粒子加速器，它位于日内瓦附近地下约175米的一个环形隧道之内，其周长约为27公里。
自从2008年投入使用之后，这个巨大的粒子加速器已经进行了很多次的粒子对撞实验，并积累了海量的数据，科学家也一直在对其展开研究。引人注目的是，一项近日发表在《物理评论C》的研究表明，在大型强子对撞机中，有一些铅变成了黄金。你说这神不神奇？
实际上，这个铅变成黄金的原理并不复杂，简单来讲，对于一个原子来讲，其原子核内的质子数量可以决定它属于哪种元素，例如原子核内部有一个质子，它就是1号元素氢，有两个质子，它就是2号元素氦。
我们在元素周期表中可以看到，黄金是79号元素，铅是82号元素，也就是说，黄金原子核内有79个质子，铅原子核内有82个质子，所以我们只要想办法“拿掉”铅原子核中的3个质子，那么铅就变成了黄金。
虽然这个原理很简单，但实际操作起来却极为困难，毕竟原子核小得离谱，我们根本就不可能真的用手去“拿掉”其中的质子，不过粒子加速器却让这种事变成了现实。
根据介绍，此次研究所用的数据，来自大型强子对撞机2015年至2018年第二次运行期间的一次粒子对撞实验，该实验使用了由铅原子核构成的粒子束，通过对此次实验的数据进行深入分析，研究人员发现，在此次对撞实验中，有一些铅原子核直接转变成了黄金原子核。
研究人员指出，这些黄金并非来自铅原子核的正面对撞，而是来自铅原子核彼此之间的“擦肩而过”。
具体来讲，在实验过程中，铅原子核的速度达到了光速的99.999993%，当两个携带大量正电荷（每个铅核带82个正电荷）的原子核以如此高的速度近距离掠过时，它们周围的电磁场会因为相对论效应而发生极度的畸变和压缩，进而形成一种强度很高的、横向于原子核运动方向的电磁脉冲。
这种电磁脉冲会让近距离掠过的铅原子核彼此之间发生相互作用，进而可能会将原子核里一部分的质子给“踢”出来，如此一来，铅就转变成了其他的元素，其中就包括了黄金。
不得不说，这堪称是真实版的“炼金术”。那么，我们能不能利用这个大型强子对撞机来大量制造黄金呢？很遗憾，答案是否定的。
首先来讲，这种方法制造出的黄金原子核，很多都是不稳定同位素，实际上，此次对撞实验产生得最多的就是Au-203（由铅-208失去了3个质子和两个中子后产生，如上图所示），而这种同位素是不稳定的，其半衰期只有60秒，这就意味着，它们存在不了多久就会衰变成其他元素（最终产物是铊-203，这是一种稳定同位素）。
更重要的是，它的产量实在是太少了。研究表明，在此次粒子对撞实验中，生成黄金原子核的峰值约为每秒8.9万个，共计生成了大约860亿个，这个数量看上去很多，但别忘了，原子核的质量其实是非常小的，实际上，这么多的黄金原子核的总质量只有大约29皮克，而1克就是1万亿皮克……
由此可见，就算我们能够解决不稳定同位素的问题，通过这种方法来制造黄金依然是不可行的，毕竟每一次粒子对撞实验，都有大量的资源消耗，其价值根本就不是这一丁点的黄金所能比拟的。
所以研究人员认为，此次研究的意义在于，它加深了我们对原子核结构、核反应以及高强度电磁场如何影响物质的理解，是基础科学研究在微观世界探索中取得的一个重要进展。
参考资料：
Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions，Phys. Rev. C 111, 054906 – Published 7 May, 2025
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