物理学家成功将铅变成黄金，三年产出345亿分之1克

CERN的ALICE 探测器。图片来源：Maximillien Brice/CERN

中世纪欧洲炼金术士一直都有点石成金的梦想，他们想将普通金属转换为昂贵的黄金。在种类繁多的金属中，让他们觉得最有潜力的是铅。这种暗淡的金属密度和黄金类似，却远比黄金常见。炼金术士如果能找到把铅转换成金的方法，那一定能借此大赚一笔。

后来的事情，学过中学化学的我们都知道了。以炼金术士熟悉的化学手段，不可能将含有82个质子的铅原子转换成含有79个质子的金原子。如果想强行将铅转换成金，那应该找搞物理的，更准确来说，是粒子物理学家。

现代物理学家早就有了将其他元素转换成金的例子。最早在1941年《物理评论》（

Physical Review

1941年时，班布里奇博士使用的仪器不过是一台普通的回旋加速器。将近一个世纪后的今天，物理学家的加速器已经更加先进，那是不是可以产生更多黄金呢？近期在《物理评论C》（

Physical Review C

亏本的机器

在大型强子对撞机中，铅核以99.999993%的光速运动。当两束铅离子没有直接“迎头相撞”，而是近距离“擦肩而过”时，一个铅离子周围的强电磁场会产生高能光子脉冲，进而激发另一个铅原子核，并使其发生电磁离解（EMD）。简单来说，就是铅核会弹出原子核里少量的中子和质子。铅核含有82个质子，只要它弹出3个质子，就变成了含有79个质子金核。

电磁离解示意图。大型强子对撞机中的两束 铅离子束彼此近距离掠过而不发生碰撞，产生的光子与原子核相互作用可以激发其内部结构的振荡，并导致少量中子（两个）和质子（三个）被弹出，留下金原子核。图片来源： CERN

研究人员分析后发现，目前铅-铅碰撞每秒最多可以产生约89 000个金核。但这些金核大多不稳定，在它们撞击实验设备或自行裂变成单个质子、中子和其他粒子之前，往往只能存在1微秒。但不管怎么说，大型强子对撞机确实是在批量产生金元素。总的来说，在大型强子对撞机2015-2018年的第二轮运行中，总共产生了约860亿个金核。你听数字好像很多，但算起来质量仅为29皮克（2.9×10⁻¹¹克），也就是345亿分之1克。按照现在七八百的金价计算，大约相当于人民币五千万分之一元。

大型强子对撞机在运行过程中，会不断改进设备性能来提升自身的亮度——这是对撞机的一项关键指标，指的是粒子束的流量大小。考虑到这一点，大型强子对撞机第三轮运行产生的金可能是第二轮的2倍。但即使这么算，大型强子对撞机也还是亏大了。事实上，你手里握的黄金都比大型强子对撞机产生的还要多——因为智能手机里就含有一些黄金。在我国，一吨废旧智能手机金的含量可达280克。按比例来算，一部200克的智能手机大约就含有0.056克黄金，恐怕大型强子对撞机运行几个世纪也产生不了这么多黄金。

不过好在，科学家建造对撞机并不是为了点铅成金，也并不担心亏本。他们是为了提升电磁离解的理论模型，这些模型有助于理解和预测束流损失，进一步提升对撞机的性能。

这点在论文中也有很直观的体现，这篇发表在《物理评论C》的论文压根就没有重点关注铅核弹出3个质子的情况。相反，他们关注的是铅核发生电磁离解时，在至少弹出一个中子时，同时伴随弹出0、1、2、3个质子的概率——弹出3个质子变成金只是这项研究照常研究的一项。

雪崩的价格？

其实，看看现在坚挺的金价就能明白，人类现在根本没有低成本人造黄金的方法，不然金价也不可能涨到今天这样。钻石就是最好的例子，这种璀璨的宝石曾被冠以“钻石恒久远，一颗永流传”的宣传标语，被视为昂贵的宝石。但到今天，但如果你拿着一枚钻戒找到珠宝商回收，在他们看来钻石本身的价值可能还不如作为底座的戒指本身高。尽管钻石的璀璨不减当年，但只要我们掌握了低成本生产钻石的方法，它的价格自然就会回落到珠宝商不愿回收的程度。

图片来源：unsplash

目前人工培育钻石有两种技术路径，一种是高温高压法（HPHT），即通过六面顶压机在1300-1600摄氏度、60亿帕以上的高温高压环境下，以石墨为原材料，在催化剂的作用下将石墨转化成钻石原石。另一种是微波等离子化学气相沉积法（MPCVD），简单来说就是在充满氢气和含碳气体（例如甲烷）的真空室内，能量源（通常是微波束）分解气体分子，碳原子向较冷、平坦的钻石种子板扩散、结晶，从而让金刚石晶体不断生长。

在河南，各类钻石生产企业用不同的方式生产钻石，让河南成为了全世界最主要的钻石产地之一。这些钻石有的供给珠宝商，有的供给光学、机械用途。但不论是用什么方式生产，以及用作什么用途，人造钻石都和天然钻石没有任何区别——这么说也不太严谨，因为天然钻石确实不如人造钻石纯净。而且，人造钻石的制作周期只要几周，可以批量生产。

不过，至少在目前看来，短时间人造黄金只能停留在实验探索的层面，我们还没有能力像生产钻石一样生产黄金，黄金的价格应该也不会发生像钻石一样的雪崩。

不过，最后还是要补充一句，本文不构成任何投资建议，也不建议各位读者在家用对撞机自制黄金。

参考文献：

https://mp.weixin.qq.com/s/4Fx4I4zC2NrvRwdavd5nlw

https://home.cern/news/news/physics/alice-detects-conversion-lead-gold-lhc

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

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

https://www.kepu.net.cn/kpqykj/all/2023/202308/t20230828_172353.html

https://www.news.cn/tech/20230706/739667fa84d94dcf8c8492468dd3d1a0/c.html

https://www.news.cn/fashion/20230602/e087587a2c424641ba6579e3fedd603f/c.html

来源：环球科学

编辑：千里雁啼

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