從古至今，將普通金屬煉成黃金一直是煉金術士與科學家們的夢想，但均以失敗告終。近期，一個國際團隊透過大型強子對撞機，成功將鉛瞬間變成黃金。儘管黃金存在的時間短暫，但已成現代煉金術重要里程碑。
美國堪薩斯大學（University of Kansas）和多個其它地區國家的大學、科研機構等共同合作，使用新的精密而靈敏的探測器，觀察到鉛離子在大型強子對撞機（LHC）中對撞後，會短暫變成黃金。
這項突破性發現，不僅引起了全球媒體和科學界的關注，更被科學家視為設計更先進、更安全的粒子加速器的關鍵一步。該研究成果於權威期刊《物理評論》上發表。
過去，觀測機器很難完全偵測到粒子正面碰撞後產生的數據，原因是粒子正面碰撞後，更小的粒子會四處飛濺。另外，科學家對於「擦肩而過」的超外圍碰撞現象也深感興趣，因為這些粒子即使沒有直接接觸，在足夠近的距離下也會產生相互作用。
為了更準確檢測這些數據，堪薩斯大學團隊與歐洲核子研究組織（CERN）旗下的大型強子對撞機實驗室（ALICE），共同開發出追蹤質子和離子之間「超外圍」碰撞的創新技術，該技術在LHC對撞機中取得了顯著成效。
研究團隊指出，鉛原子核在LHC對撞機中近光速（高達光速的99.999993%）移動時，會產生短暫的光子脈衝，並觸發「電磁離解」過程。此過程中，光子與原子核相互作用激發其內部結構振盪，導致少量中子和質子噴射出。
實驗中，研究團隊將鉛金屬離子（包含82個質子）以近光速發射後，與另一個相同速度的鉛離子對撞。結果顯示，鉛離子內部的原子核被撞出3個質子後，會在極短的時間內變成黃金（包含79個質子），但存在時間為一微秒。
另外，他們發現，若鉛金屬被撞出不同數量的質子，就可能變成鉈、汞、鉑（白金）等其它元素。實驗中，團隊甚至測試了鉛與金的對撞，也得到相似的結果。
研究人員還分析哪些金屬被撞出來的頻率比較高。結果顯示，鉛撞擊後生成鉈或汞的頻率，要低於生成金的頻率。
然而，這些新原子核的壽命極其短暫，容易衰變成其它金屬。同時，研究團隊發現這些對撞出來的物質，可能會撞到LHC對撞機中的其它零件，從而觸發機器的安全警報系統。
堪薩斯大學LHC與ALICE實驗團隊表示，黃金的誕生雖然讓大眾著迷，但他們計劃繼續研究超邊緣碰撞，因為理解這些相互作用的潛力，仍有待進一步深入。
該研究團隊使用的大型強子對撞機，是一座橫跨法國和瑞士邊境、長達17英里的地下粒子加速器。其中採用了一種精密而靈敏的探測器「零度量熱器（ZDC）」，用於檢測光子與原子核相互作用的數量。
堪薩斯大學物理學教授、ALICE計劃負責人丹尼爾‧塔皮亞·高木（Daniel Tapia Takaki）對該校的新聞室解釋，「當帶電離子加速到接近光速時，它就會開始發光。一個離子發出的光可以拍攝另一個離子的照片。當光的能量足夠高時，它可以探測到另一個原子核的深處，就像一個高能量閃光燈。」
他接著說，「有時，兩個離子的光子會相互作用，我們把這稱之為光子與光子碰撞。這些事件極其『乾淨』，幾乎沒有其它物質產生。這與典型的碰撞形成了鮮明對比，因為典型的粒子碰撞時會出現小粒子四處飛濺的情況。」
他解釋，「這種光的能量非常高，它可以將質子從原子核中擊出。有時是一個，有時是2個、3個甚至4個質子。我們可以用探測器直接看到這些被擊出的質子。」
ALICE 發言人馬可‧范‧萊文（Marco Van Leeuwen）表示，「我們的探測器不僅可以處理產生數千個粒子的正面碰撞，還能檢測少量粒子與粒子之間的相互作用。另外，我們能藉此研究電磁核轉換的過程（化學元素轉化成另外一種元素，或同位素轉化為另一種同位素）。」
「該研究結果也改進了電磁解離的理論模型。這些模型除了內在的物理意義之外，還用於理解和預測光束損失。這些結果對於未來設計出新的粒子加速器來說至關重要。」ALICE合作計劃的約翰‧喬伊特（John Jowett）表示。
這項研究也得到了美國能源部（DOC）科學辦公室、核子物理辦公室的支持。#
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