刚刚，物理学家实现了「点铅成金」！0.000001秒

新智元报道

编辑：犀牛 好困

【新智元导读】欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）刚刚实现了一项令人震惊的壮举：将铅转化为黄金！这一「点石成金」的过程虽然仅持续约一微秒，且成本高昂，却让17世纪炼金术士的梦想在现代物理学中成真。

就在刚刚，物理学家们将十七世纪炼金术士的梦想变成了现实！

LHC实验不会产生大量的金块——但铅离子束中的某些粒子可以在大约一微秒内转化为黄金

• 好消息是，他们用大型强子对撞机（LHC）成功地把铅变成了黄金。

• 坏消息是，整个过程只有短短一瞬间，而且成本高的吓人。

这次神奇的「点石成金」术，发生在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）。

在耗资数十亿美元建成的LHC中，铅离子发生了猛烈的对撞。

CERN的ALICE探测器

很久之前，化学家们就一直梦想着能把廉价的铅转化成昂贵的黄金。

但由于铅的质子数是82，而金的质子数是79。这种数量上的差异靠化学方法完全没戏。

然而，CERN的研究人员现在却做到了！

他们让铅离子以接近光速对撞。但有些时候，这些离子不是正面撞上，而是擦肩而过。

这个时候，离子周围的强电磁场可以产生一个能量脉冲，使得迎面而来的铅原子核喷射出3个质子，神奇的事情发生了——

铅原子变成了黄金！

LHC的ALICE实验从碰撞产生的碎片中筛选出了这些「点石成金」的瞬间。

该团队5月7日发表在顶刊《物理评论》上的分析中计算出，2015到2018年间，LHC的碰撞共产生了860亿个金原子核——大约29万亿分之一克。

论文地址：https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.111.054906

这些极不稳定、飞速运动的金原子大多只存在了约1微秒，之后便撞到了实验设备或分解成了其他粒子。

ZP和ZN中EMD事件发射高达七到八个中子的能量之间的相关性：ZPC与ZNC（左）和ZPA与ZNA（右）

每当LHC中的铅离子相撞时，都会产生黄金，但目前只有ALICE实验的探测器能捕捉到这个过程。

测量（圆圈）和通过 RELDIS（实线直方图）计算的给定数量中子i伴随单个质子在208Pb核的UPCs中的发射截面

ALICE团队的物理学家Uliana Dmitrieva说，这项分析是「首次通过实验系统地探测和分析LHC中黄金的产生」。

纽约石溪大学的物理学家Jiangyong Jia提到，CERN的另一个加速器SPS早在2002到2004年就观察到了铅转变成金的现象。

但这次最新的实验能量更高，产生黄金的概率更大，而且观察到的结果也更加的清晰。

虽然成功实现了「点铅成金」术，但是CERN的研究人员没有计划将炼金术作为副业。

他们表示，该实验是为了更好地理解光子如何改变原子核，这将有助于提升LHC的性能。「理解此类过程对于控制束流质量和稳定性至关重要」，Jiangyong Jia说。

大型强子对撞机（LHC）

大型强子对撞机（LHC）有过辉煌的成果。

2012年时发现了希格斯玻色子，完成了物理学上的一次重大突破。

这次突破验证了物理学家对宇宙中粒子和力的现有最佳解释：标准模型。

LHC的建造成本已达92亿美元，包括三次大的更新。第三代的LHC拥有更多数据、更好的探测器以及创新方法。

大型强子对撞机2018-22年停机期间，ALICE实验的探测器进行了改进

「我们现在真是满怀激情地开始，」墨西哥普埃布拉自治大学（BUAP）的粒子物理学家Isabel Pedraza说，「我相信第三轮运行会让我们看到些新东西。」

更高能量与更多数据

经过粒子加速器的升级改造，第三代LHC将以13.6万亿电子伏特（TeV）的能量撞击质子——比第二轮的13万亿电子伏特略高。

更高的能量撞击应该会增加碰撞产生粒子的机会，尤其是在一些理论认为可能隐藏新物理的高能区域，CERN束流运行负责人Rende Steerenberg说。

LHC的粒子束也会更密集，增加碰撞概率。

这将使LHC能更长时间保持峰值碰撞率，最终让实验记录的数据量相当于前两代的总和。

为了应对数据洪流，LHC的探测器——捕捉碰撞喷射粒子并测量的传感器——也进行了升级，使其更高效、更精准。

LHC的研究人员一直面临一个大难题是：碰撞产生的数据太多，能存储下来的却少得可怜。

机器每秒让粒子束碰撞4000万次，每次质子-质子碰撞（称为「事件」）可能会喷出数百个粒子。系统必须从中挑出最有趣的事件，扔掉大部分数据。

比如，在LHC的四大实验之一的CMS中，内置的硬件触发器会根据粒子的能量等属性，每秒粗略筛选出约10万个事件，然后软件再从中挑出大约1000个进行完整重建和分析。

现在数据量更大，触发系统得筛选更多事件。

一个改进是引入了原本为视频游戏设计的GPU（图形处理单元）芯片。

这些芯片比传统处理器更快地重建粒子轨迹，让软件能以更高标准、更快速度地扫描数据，从而捕捉到以前可能被漏掉的奇怪碰撞事件。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01484-3

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01388-6