과학, 납을 금으로 바꾸는 데 성공

LHC 실험에서는 큰 덩어리의 금이 생성되지 않지만, 납 이온 빔의 일부 입자는 약 1마이크로초 만에 금으로 변할 수 있습니다(사진: 게티).

17세기 연금술사들의 꿈은 대형 강입자 충돌기(LHC)의 물리학자들에 의해 실현되었습니다. 그들은 단 몇 초 만에, 그리고 막대한 비용을 들여 납을 금으로 바꾸는 데 성공했습니다.

이 과정은 유럽 원자핵 연구 기구(CERN)에서 이루어지는데, 이곳에는 납 이온을 충돌시키는 수십억 달러 규모의 LHC 기계가 있습니다.

고대 화학자들은 풍부한 원소인 납을 희귀한 금으로 바꾸고자 했습니다. 그러나 두 원소 사이의 양성자 수 차이(납은 82개, 금의 경우 79개)로 인해 기존의 화학적 방법으로는 이를 확인하는 것이 불가능합니다.

CERN의 연구원들은 거의 빛의 속도로 움직이는 납 이온 빔을 서로 조준하여 이를 달성했습니다. 때로는 이들 이온이 정면으로 충돌하기보다는 서로 스쳐 지나가기도 합니다.

이런 일이 일어나면 이온을 둘러싼 강력한 전자기장이 에너지 펄스를 생성하여 유입되는 납 핵을 자극하여 양성자 3개를 뿜어내고 금으로 변하게 합니다.

CERN의 ALICE 검출기(사진: CERN).

LHC의 ALICE 실험은 돌연변이 사례를 더 큰 충돌 파편으로부터 분리했습니다. 연구팀은 5월 7일 Physical Review 저널에 발표한 분석 결과에 따르면, 2015년부터 2018년 사이에 LHC에서 발생한 충돌로 860억 개의 금 핵이 생성되었다고 계산했습니다. 이는 약 29조분의 1그램에 해당합니다.

이러한 불안정하고 빠르게 움직이는 금 원자의 대부분은 실험 장비에 부딪히거나 다른 입자로 분해되기 전에 약 1마이크로초 동안만 존재합니다.

LHC에서는 납 빔이 충돌할 때마다 금이 생성되지만, 이 과정을 감지하도록 검출기를 설치한 실험은 ALICE가 유일합니다.

ALICE 협업의 물리학자이자 멤버인 울리아나 드미트리에바는 "이 분석은 LHC에서 금 생산의 특징을 실험적으로 감지하고 체계적으로 분석한 최초의 사례"라고 말했습니다.

뉴욕 스토니브룩 대학의 물리학자 지아 장융에 따르면, SPS라는 또 다른 CERN 가속기가 2002년부터 2004년까지 납이 금으로 변하는 현상을 관찰했습니다. 그러나 그는 LHC의 최신 실험은 에너지가 더 높고, 금이 생성될 가능성이 훨씬 더 높으며, 관찰 결과가 더 명확하다고 덧붙였습니다.

CERN 연구진은 부업으로 금을 생산할 계획이 없습니다. 그 대신, 그들은 광자가 원자핵을 어떻게 변화시키는지 더 잘 이해하면 LHC의 성능을 개선하는 데 도움이 될 것이라고 말합니다.

지아는 "이러한 과정을 이해하는 것은 입자 가속기 빔의 품질과 안정성을 제어하는 ​​데 중요합니다."라고 말했습니다.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/khoa-hoc-thanh-cong-bien-chi-thanh-vang-20250510225039126.htm