Chrysopoeia a urychlovače

Starořecké slovo chrysopoeia znamená umělou výrobu zlata, onen odvěký sen alchymistů. Je celkem jedno, zda pozornost světových médií k experimentu ALICE v CERN přitáhl tento sen, nebo fascinace veřejnosti cenou tohoto vzácného kovu. Faktem je, že se média vlastně soustředila na vedlejší výsledek experimentu publikovaného v časopise Physical Review C.¹⁾ Experiment studoval elektromagnetickou interakci v ultraperiferních srážkách iontů olova. Atomová jádra jsou složena z protonů a neutronů, které ovšem nejsou v klidu, ale neustále spolu „tančí“ ve složitých vzorcích diktovaných fyzikálními zákony. Ve sledovaném experimentu se ve vstřícných svazcích urychlovače LHC proti sobě pohybují téměř rychlostí světla ionty olova.

Když se takové dva ultrarelativistické ionty olova blízce míjejí (mluvíme o ultraperiferních srážkách), elektromagnetická interakce může vyprodukovat virtuální fotony, které dokážou jednotlivé protony a neutrony vybudit do vyšších energetických stavů, čímž se naruší harmonie kolektivního pohybu, a tyto protony a neutrony z jádra uletí pryč, zanechávajíce jádro o pár částic chudší. Zmiňovaný experiment právě měří jak často a kolik protonů a neutronů unikne. Chemické prvky jsou definovány počtem protonů v jádře. Olovo jich má 82, thallium 81, rtuť 80, zlato 79 a tak dále. Když spočítáte, kolik protonů uletělo, nepřímo tak měříte, které prvky při tom vznikly. To je samo o sobě důležité pro kalibraci modelů používaných k popisu celé interakce, a tedy k zpřesnění dalších měření odhalujících záhady mikrosvěta. Že největší zájem médií vzbudilo právě pozorování 3 protonů, tedy vzniku zlata z olova, není překvapivé.

Situace před srážkou (vlevo) a po ní (vpravo). Jedno z jader olova se přeměnilo na jádro zlata, zatímco vyzářilo 3 protony a 2 neutrony.

Schéma CERN

Není to také poprvé v historii lidstva, kdy se dávný sen alchymistů podařilo naplnit. Jaderná fyzika je s námi již téměř 130 let a za tu dobu se už několikrát zdařilo transmutovat běžný kov na zlato. Nicméně minimálně dvě prvenství fyzikové z CERN přece jen drží. Jednak je to poprvé, kdy se transmutace dosáhlo pomocí fotonu. Jednak během srážek z let 2015–2018, tedy období, ze kterého data použitá v měření pocházejí, bylo takto vyprodukováno cca 86 miliard jader zlata, což odpovídá 29 pikogramům zlata (2,9 ×10–11 g), tedy mnohem méně, než co by se za nehet vešlo. A je třeba též dodat, že většinu těchto jader tvořily nestabilní izotopy zlata. Vzhledem k tomu, že hodina provozu LHC jenom za elektřinu stojí kolem 10 000 euro, jde tak pravděpodobně o nejdražší zlato (!), které kdy bylo získáno.