Advertentie
Tijdens een experiment in de Large Hadron Collider (LHC) werden loodatomen gebruikt om een kwantumeffect te onderzoeken met een leuke bijkomstigheid: Het lood veranderde tijdens dat proces in, onder andere, goud.
In de middeleeuwen, maar ook ver daarvoor, werd naarstig gezocht naar een methode om lood in goud om te zetten. Zogenaamde alchemisten waren in essentie de pioniers van wat nu scheikunde genoemd wordt, echter wel met een gebrek aan de wetenschappelijke methode. Toch was de gedachtegang niet geheel onlogisch te noemen; lood en goud zijn qua gewicht behoorlijk vergelijkbaar en in de scheikunde worden constant materialen gemaakt uit andere materialen. Bij gebrek aan de kennis dat zowel goud als lood elementaire deeltjes zijn, en dus niet met scheikundige processen in elkaar om te zetten zijn, is het idee in ieder geval het proberen waard.
Hoewel het dus niet mogelijk is om lood chemisch in goud te veranderen, is dit niet compleet onmogelijk binnen het veld van de natuurkunde. Sinds de splitsing van het atoom en de daaropvolgende fusie van atomen in de eerste helft van de 20ste eeuw werd het al snel duidelijk dat ook de elementaire deeltjes omgezet kunnen worden naar andere elementaire deeltjes, echter vereist dit heel veel energie. In sommige gevallen komt daar ook vervolgens veel energie bij vrij, maar voor alle atomen die tussen ijzer en lood staan in de periodieke tafel geldt dat dit vooral gewoon veel energie kost.
Dergelijke energielevels worden echter wel dagelijks bereikt in deeltjesversnellers en het is dan ook zeker niet de eerste keer dat goud werd geproduceerd in een deeltjesversneller. Wel is het nieuw dat er voor het eerst beschreven is hoe dat proces precies verloopt en dat dat ook experimenteel bewezen is. Dit werd gedaan met behulp van de zogenaamde ALICE ZDC-detectoren, waarbij ALICE staat voor de ALICE-samenwerking die dit onderzoek doen en ZDC staat voor “Zero Degree Calorimeter”, waarmee heel exact kleine temperatuurveranderingen kunnen worden gemeten. De metingen van de ALICE ZDC-detectoren waren zelfs zo exact dat zelfs het aantal geproduceerde goudkernen (atoom zonder de elektronwolk) kon worden geteld.
Dankzij dit onderzoek werd duidelijk dat wanneer, in dit geval, loodkernen met een snelheid die de lichtsnelheid benadert naar elkaar toe vliegen, maar elkaar niet direct raken er zeer sterke elektromagnetische velden ontstaan. Deze velden zorgen voor een energie-uitwisseling in de vorm van hoogenergetische fotonen. Die fotonen kunnen, als ze met een kern in aanraking komen, ervoor zorgen dat een proton of neutron uit de kern wordt gestoten. Als er drie protonen uit een loodkern worden verstoten, blijft er een goudkern over. De kans dat dit gebeurt is niet heel hoog, maar dankzij de ALICE ZDC-detectoren kan dus vrijwel elk deeltje gedetecteerd worden.
Tijdens de operationele fase van het LHC tussen 2015 en 2018 zouden er volgens een analyse in Physical Review een duizelingwekkende 86 miljard goudkernen zijn gemaakt. Hoewel dat dus een boel atomen zijn, gaat het dan slechts over 29 picogram goud. Daarnaast gaat het hierbij ook niet altijd om stabiele isotopen van goud, dus een deel vervalt radioactief in andere materialen. Het gedeelte wat dat niet doet zijn overigens ook niet meer terug te vinden, die versmelten doorgaans met de deeltjesversneller wanneer zij in aanraking komen met een van zijn onderdelen.
Hoewel het dus geen rendabele methode is om goud te vergaren is het onderzoek wel goud waard. Het helpt onderzoekers het proces van elektromagnetische dissociatie te begrijpen en geeft beter inzicht in hoe atoomkernen zich gedragen onder extreme omstandigheden. Behalve de theoretische voordelen, levert dit ook kennis op om toekomstige deeltjesversnellers te verbeteren. Met deze kennis kunnen die mogelijk nauwkeuriger aangestuurd worden en zijn ongewenste deeltjesverliezen beter te voorspellen.