과학, 납을 금으로 바꾸는 데 성공

(댄 트리) - 과학자들은 연금술의 목표를 현대적으로 변형한 납에서 금 이온을 만들어냈습니다.

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

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

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

고대 화학자들은 풍부한 원소인 납을 희귀한 금으로 바꾸고자 했습니다. 그러나 두 원소의 양성자 수 차이(납은 82개, 금은 79개) 때문에 기존의 화학적 방법으로는 불가능했습니다.

CERN 연구진은 납 이온 빔을 서로에게 거의 빛의 속도로 조준하여 이를 달성했습니다. 때로는 이온들이 정면으로 충돌하는 대신 스쳐 지나가기도 했습니다.

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

CERN의 ALICE 검출기(사진: CERN).

LHC의 ALICE 실험은 이러한 돌연변이 사례들을 더 큰 충돌 파편들로부터 분리했습니다. 5월 7일 Physical Review 저널에 발표된 분석에서 연구팀은 2015년에서 2018년 사이 LHC에서 발생한 충돌로 860억 개의 금 원자핵이 생성되었다고 계산했는데, 이는 약 29조분의 1그램에 해당합니다.

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

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

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

뉴욕 스토니 브룩 대학의 물리학자 지아 장융에 따르면, SPS라는 또 다른 CERN 가속기가 2002년과 2004년 사이에 납이 금으로 변하는 현상을 관찰했습니다. 그러나 그는 LHC의 최신 실험은 에너지가 더 높고, 금을 생성하는 능력이 훨씬 뛰어나며, 관찰 결과가 더 명확하다고 덧붙였습니다.

CERN 연구진은 부업으로 금을 생산할 계획이 없습니다. 대신, 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