Phát minh siêu cỗ máy lớn nhất thế giới có khả năng tạo ra 'kho báu', 1 giây sản sinh 89.000 hạt nhân vàng khiến thế giới ngỡ ngàng
Máy gia tốc hạt lớn nhất hành tinh hiện tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây - bắt nguồn từ việc va chạm các nguyên tử chì ở tốc độ gần bằng ánh sáng.
Từ thời Trung cổ, các nhà giả kim đã bị cuốn hút bởi giấc mơ biến chì thành vàng - một khái niệm được gọi là “chrysopoeia”. Giờ đây, các nhà vật lý hiện đại đã tiến xa hơn một bước: Họ không cần đến “hòn đá giả kim” mà chỉ cần một máy gia tốc hạt.
Theo công bố mới đây, trong giai đoạn vận hành lần thứ hai từ năm 2015 đến 2018, Máy Gia tốc Hạt Lớn (LHC) tại CERN, gần Geneva (Thụy Sĩ), đã tạo ra khoảng 86 tỷ hạt nhân vàng bằng cách cho các nguyên tử chì va chạm trực diện ở tốc độ 99,999993% vận tốc ánh sáng.
Tuy nhiên, lượng vàng tạo ra là cực kỳ nhỏ - chỉ vào khoảng 29 phần nghìn tỷ gram và gần như ngay lập tức bị phân rã khi va chạm với ống dẫn chùm tia. Dù thời gian tồn tại chỉ kéo dài một phần nghìn giây, dấu vết của quá trình “sinh - diệt” này vẫn được ghi lại bởi hệ thống phát hiện của ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
"Thật ấn tượng khi các máy dò của chúng tôi có thể ghi nhận những va chạm trực diện tạo ra hàng nghìn hạt, đồng thời vẫn đủ nhạy để phát hiện những sự kiện hiếm chỉ tạo ra vài hạt - cho phép chúng tôi nghiên cứu quá trình 'biến đổi hạt nhân' bằng tương tác điện từ", ông Marco van Leeuwen, người phát ngôn của ALICE, chia sẻ.
Dựa trên các học thuyết của Aristotle, giới giả kim từng tin rằng vì vàng và chì có mật độ tương tự, chì đơn giản là một dạng "bệnh" của vàng, có thể “chữa khỏi” thông qua biến đổi. Dù lý thuyết này đã bị bác bỏ, các nhà giả kim thực ra đã không quá xa rời sự thật: Chì và vàng chỉ cách nhau ba đơn vị nguyên tử - vàng có 79 proton, trong khi chì có 82.
Vì vậy, trong điều kiện đủ năng lượng, các va chạm tại máy gia tốc có thể loại bỏ ba proton (và một số neutron) từ hạt nhân chì để tạo ra vàng. Nếu chỉ loại bỏ một hoặc hai proton, kết quả sẽ là thallium hoặc thủy ngân.
Để đo lường chính xác lượng kim loại được tạo ra, các nhà vật lý đã sử dụng thiết bị đo nhiệt lượng Zero Degree Calorimeters (ZDC) siêu nhạy của ALICE. Thiết bị này ghi nhận các proton và neutron thoát ra từ hàng tỷ tương tác hạt diễn ra mỗi giây trong LHC.
Dữ liệu cho thấy, dù vàng được tạo ra với tần suất thấp hơn thallium hoặc thủy ngân, nhưng hiện tại trong giai đoạn vận hành thứ ba của LHC, tốc độ tạo vàng đã đạt đỉnh khoảng 89.000 hạt nhân mỗi giây - gần gấp đôi so với giai đoạn trước nhờ mức năng lượng được nâng cao.
“Nhờ khả năng đặc biệt của ZDC, đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể phát hiện và phân tích có hệ thống dấu hiệu sản xuất vàng tại LHC”, nhà vật lý Uliana Dmitrieva từ nhóm ALICE cho biết.
Nhà nghiên cứu John Jowett bổ sung: “Các kết quả không chỉ đóng vai trò xác thực các mô hình lý thuyết về phân rã điện từ, mà còn góp phần giúp chúng tôi hiểu rõ hơn và dự đoán các tổn thất chùm tia - yếu tố giới hạn lớn đối với hiệu suất của LHC và các máy gia tốc tương lai”.
Tham khảo Live Science
