奇迹诞生？欧洲成功将铅转化为黄金，每秒生成8.9万个金原子

炼金术士做了几百年的梦，真的在现代实验室里成真了吗？每秒生成8.9万个金原子，是否意味着人类从此可以"点铅成金"？

一直以来，"点石成金"只存在于神话和传说里。铅的质子数是82，金的质子数是79，这三个质子的差距长期被视为无法逾越的鸿沟。中世纪的炼金术士穷尽心血、守着炉火反复试验，最终也没能把一块铅变成金子，这个梦想便一代代流传了下来。

如今，这个古老梦想在欧洲核子研究中心（CERN）以一种意想不到的方式实现了。本月早些时候，CERN宣布，其大型强子对撞机（LHC）能够把铅转变为金。

对中世纪炼金术士而言，这无异于传说中的"圣杯"。还有评论称，这是继希格斯玻色子，也就是人们常说的"上帝粒子"之后最重大的发现。

不过，这里的"点铅成金"与人们想象中的金块、金饰相去甚远。科学家观察到的是一次真实的元素嬗变：铅通过一种新机制变成了金。

这种机制涉及原子核之间"擦肩而过"式的相互作用。两个原子核并没有正面相撞，只是在极近的距离上从彼此身边掠过。

由此产生的每一个金粒子只有一个原子核那么大，存在时间也极短，不到一秒就在对撞机中被摧毁。也就是说，这些金既看不见，也摸不着，更谈不上收藏。它们只是物理学家在探测器数据里捕捉到的瞬间痕迹，算不上人们日常理解中的"黄金"。

在LHC第二轮运行期间，也就是2015年至2018年，研究人员让铅原子以光速的99.999993%相互撞击。在这种接近光速的条件下，几年的碰撞累计产生了约860亿个金原子核。单看这个数字，很容易让人以为对撞机里已经堆起了一座金矿。

换句话说，"造金"事件产生的粒子极少，又夹杂在大量剧烈的正面碰撞之中，就像在喧闹的集市里分辨一声耳语。探测器必须既扛得住海量粒子的冲击，又能察觉零星的信号，才能把这些稀有事件识别出来。这本身就是一项不简单的技术成就。

确认了这项实验的意义，再来看它是怎样实现的。CERN与金子的缘分并非一夜之间结下。

近二十年前，CERN开始运行LHC，主要任务是研究基本粒子和基本力。"造金"只是其间附带的一项"支线任务"，并不是科学家刻意追求的目标。

粒子是目前已知构成宇宙的最小单元。决定物质行为方式的自然界基本力有四种，即引力、电磁力、弱核力和强核力。这次观测到的铅变金依靠的不是原子核之间的猛烈对撞，而是电磁作用引发的核嬗变，所以被称为一种"新机制"。

那么，860亿个金原子核到底有多少？折算成质量，第二轮运行期间产生的金总共只有29皮克。

一皮克是一万亿分之一克，29皮克大约相当于345亿分之一克。按每克七八百元的金价粗略计算，这些金子价值约合人民币五千万分之一元。

第三轮运行自2022年开始，预计将持续到2026年。在这一轮中，产生的金几乎达到第二轮的两倍。

但即便翻了一番，总量依旧停留在皮克量级，离打造一件最普通的首饰还差数万亿倍。因此，这项成果的价值完全在科学层面，与财富无关。

况且，这场"现代炼金术"的成本高得惊人。维持大型强子对撞机运转所需的投入，与那点几乎无法称量的金子相比完全不成比例。

业内也表示，如果要谈任何意义上的实际用途，未来还有很长一段路要走。目前它仍是一项纯粹的基础科学成果。

要确认金的产生，关键在于一种叫零度量能器（ZDC）的探测装置。量能器是一类专门探测和测量极小粒子或辐射的设备。ZDC负责统计光子与原子核之间的相互作用，相当于给每一次"擦肩而过"留下记录，供研究人员事后分析。

这类相互作用会让铅原子核放出0个、1个、2个或3个质子，同时至少放出1个中子，分别对应铅、铊、汞和金的产生。也就是说，只要确定放出的质子数，研究人员就能判断这次相互作用把原子核变成了哪种元素，金的身份也由此得到确认。

这一切之所以可能，是因为铅和金在元素周期表上离得很近。金有79个质子，只比铅少3个。

在强大的粒子加速器中，只要从铅原子核里剥离3个质子，再去掉若干中子，就能得到金。曾被视为天堑的三个质子之差，在这里变成了一个可以测量的物理过程。

CERN表示，生成金的情况比生成铊或汞要少。但结果显示，在ALICE碰撞点的铅-铅碰撞中，LHC目前产生金的最高速率可达每秒8.9万个原子核。"每秒生成8.9万个金原子"的说法就来源于此，这也是这项成果引起广泛关注的原因之一。

这个速率看起来不低，但结合前面的数字就能明白，单个原子核的质量实在太小。即便每秒产生数万个，长期累积下来也只有皮克量级。生成速度惊人，总量却微乎其微，这正体现了原子尺度与日常尺度之间的巨大差距。

而且，这些金原子核根本无法保存下来。它们从碰撞中飞出时带着极高的能量，随后撞上LHC的束流管道，或撞上下游各处的准直器。准直器是用来塑造或引导光束、辐射束的装置，可以在多个位置让束流变窄，或对其加以限制。

金原子核一撞上这些部件，就会立即碎裂成单个的质子、中子和其他粒子。所以，以这种形式存在的金只能维持极其短暂的一瞬，在被观测到的同时就已消失。想把它们收集起来、熔铸成块，在原理上就行不通。

这项研究的意义远不止"点铅成金"本身。它为理解"超边缘碰撞"的物理机制提供了关键见解。

超边缘碰撞正是前面提到的那种原子核近距离掠过、而非正面相撞的相互作用。研究人员分别统计铊、汞和金的生成情况，使这一过程得到了更细致的刻画。

此外，研究还改进了用来预测粒子加速器能量损失的模型。铅原子核在掠过时发生的嬗变会改变束流中的粒子构成，带来能量损失，而能量损失是设计未来加速器时必须考虑的重要因素。看似"不务正业"的造金，最终也服务于加速器本身的发展。

总的来看，CERN的这次"现代炼金术"并没有带来可以触摸的金子。每个金原子核只有一个核那么大，转瞬即逝，总产量以皮克计，价值不过五千万分之一元，离一件首饰还差数万亿倍。它真正的价值，在于展示了探测器在极端条件下捕捉稀有事件的能力。

它也加深了人们对电磁核嬗变和超边缘碰撞的认识，并为未来加速器的设计提供了更可靠的能量损失模型。回到开头的问题，人类确实做到了"点铅成金"，但并没有因此获得财富。中世纪炼金术士梦寐以求的转变，最终以基础物理研究的形式得以实现。