CERN

Branka Jakšić

Eksperimentom do zlata iz atoma olova

Bajka čiji je pisac nauka

“Ovo je više simbolički uspeh jer fizički je teško pa i nemoguće transmutovati elemente. Ali važna je poruka da znanje a ne čarolija menja stvari, menja svet”, kaže prof. dr Petar Adžić, dugogodišnji saradnik CERN-a i naučni predstavnik Srbije u Savеtu CЕRN-a. Kako su fizičari CERN-a iz atoma olova došli do atoma zlata? Šta ovaj javnosti intrigantan događaj znači u globalnom smislu i šta stvarno znači fizičarima?

Alhemičari su sanjali o formuli koja bi sivo olovo pretvorila u bleštavo zlato. U laboratorijskim odajama, na krilima svitaka pergamenta i samo alhemičarima znanih tajni, razgorevala se nada da je moguće nadigrati prirodu. Rečju, da se sasvim običan metal može pretvoriti u plemeniti.
I eto magije: danas, u tunelima CERN-a, tamo gde se snopovi čestica sudaraju brzinom svetlosti, ovaj san iz davnina dobija novi oblik. Fizičari su, bar na tren, uspeli u onome što su sanjali alhemičari: iz atoma olova stvorili su atome zlata!

Valja znati da to nije bajka o bogatstvu već povest o znanju i neprekidnoj ljudskoj težnji ka nemogućem.U središtu ovog naučnog podviga je proces poznat kao nuklearna transmutacija. Reč je o složenom postupku u kojem se jedan hemijski element pretvara u drugi, bukvalno menjajući broj protona u jezgru atoma. Olovo ima 82 protona, zlato broji 79. Da bi jedno postalo drugo, tri protona se moraju eliminisati, što je moguće učiniti samo u uslovima koje pružaju visokoenergetski sudari u CERN-ovim akceleratorima.

Zamisao eksperimenta

- Za to imam razumevanja jer znamo da i danas živi san alhemičara o stvaranju zlata odgovarajućim hemijskim metodama (transmutacijom) iz drugih elemenata kojih u prirodi ima u izobilju, kao što je olovo.
U CERN-u se odvijaju različiti eksperimenti iz fizike. Najviše pažnje privlače eksperimenti u oblasti fizike visokih energija na akceleratorskom kompleksu Veliki hadronski sudarač - LHC. Jedan takav eksperiment ostvaruje se na složenom detektoru ALICE, po kome eksperiment i nosi ime.
Specifičnost eksperimenta je u tome što se istraživanja obavljaju pri sudaru teških jona, za razliku od ostala tri eksperimenta koji koriste snop protona. Inače, u akceleratorima se ubrzavaju samo naelektrisane čestice a na LHC-u, pored protona, mogu da se ubrzavaju i čitava atomska jezgra (teški joni) koja postaju pozitivno naelektrisana kad im se uklone elektroni iz atomskog omotača. Kao što znamo, atomsko jezgro čine protoni i neutroni koje zajedničkim imenom zovemo nukleoni. Kao neutralni, neutroni ne doprinose naelektrisanju, ali su vrlo jakim nuklearnim silama vezani za protone, što svako atomsko jezgro čini kompaktnim,
Eksperimenti sa sudarima teških jona izvode se na nekoliko akceleratorskih instalacija u svetu, a u eksperimentu ALICE ubrzavaju se dva snopa atomskih jezgara olova, potpuno ogoljenih od elektrona, do brzina vrlo bliskih brzini svetlosti (99.999993 odsto). Posle ubrzanja do neophodnih energija, dva snopa jezgara olova se dovode u stanje sudara unutar detektora ALICE, a fizičari analiziraju promene koje se tom prilikom dešavaju, izučavajući ishode ovih reakcija. Fenomeni u ovakvim sudarima zavise i od načina sudara koji mogu biti centralni (kad se pri sudaru efektivne površine dva jezgra potpuno prekrivaju) ili periferni (kad samo jedan deo jednog i jedan deo drugog jezgra interreaguju). Kad se ubrzavaju do ovih ultra-energija, jezgra izgledaju mnogo drugačije od sfernih formi, kako smo ih nekad zamišljali. Na visokim energijama ona poseduju izduženu pljosnatu formu, a na ekstremno visokim energijama za ovakve forme ubrzanih jezgara odomaćen je izraz „pancake“ (palačinka).

Dr Adžić navodi da su u ovom eksperimentu korišćeni samo periferni sudari, i da su posebno posmatrani slučajevi kada se dva jezgra potpuno mimoilaze. Upravo je to bila ključna zamisao eksperimenta. Ovde se koristi  činjenica da svako jezgro poseduje elektromagnetsko polje; usled dejstva tih polja, može da dođe do razmene ili izbacivanja njihovih nukleona (protona i neutrona) pri mimoilaženju.
Najstabilniji izotop jezgra olova ima ukupno 208 nukleona; tačnije, sadrži 82 protona (broj protona određuje redno mesto u Periodnom sistemu) i 126 neutrona. Kad u mimolaženju jedno od jezgara olova, pod dejstvom elektromegnetskog polja, izbaci iz drugog jezgra tri protona i dva neutrona, nastaje jezgro zlata koje ima 79 protona i 124 neutrona. Upravo se to desilo u eksperimentu u kojem su detektovana jezgra izotopa zlata.   
- Za nas fizičare veliki značaj predstavlja potvrda ove vrste interakcija, ali i potvrda primenjene metode koja će moći da se koristi za izučavanje drugih sličnih fenomena od interesa za ovu oblast fizike. Glavni proces koji je ovde registrovan ima fizičko objašnjenje u sledećem... Zbog prisustva elektromegnetskog polja jezgra, foton koji predstavlja osnovnog prenosioca elektromegnetske interakcije (sile), interreaguje sa jezgrom, ekscitira ga uslovljavajući njegovu oscilaciju, posle čega to jezgro teži da se vrati u početno stabilnije stanje i, u zavisnosti od intenziteta, odnosno energije oscilovanja, otpušta odgovarajući broj nukleona.
Ovim eksperimentom otvorena je nova oblast istraživanja u nuklearnoj fizici jer do sada fizičari nisu imali mogućnost da prate jedan broj veoma važnih fenomena.    
- Drugi važan detalj ovog rezultata odnosi se na poboljšanje postojećih teorijskih modela kojima se otvara mogućnost tačnijeg predviđanja i boljeg razumevanja gubitaka jezgara u snopu prilikom procesa ubrzavanja. Bolja procena broja jezgara koja su transformisana u druga jezgra može značajno da utiče na efikasnost i tačnost rezultata drugih eksperimenata.

Nema proizvodnje veće količine zlata

Za sada, dobijanje većih količina zlata na ovaj način nije moguće, odgovorio je dr Adžić i naveo da je iz opisa samog eksperimenta jasno da to nije ni bio cilj ovih istraživanja.
- Koliko me znanje služi, ni u alhemijskim planovima nikad se nije očekivala proizvodnja veće količine zlata hemijskim metodama, ali je uvek postojala nada koja je i bila konačni cilj. U eksperimentima ALICE, utvrđeno je da u sudarima dva snopa olova, akcelerator LHC proizvodi atome zlata sa maksimalnom brzinom od približno 89.000 jezgara u sekundi. Kreirano jezgro zlata živi veoma kratko (vreme poluraspada iznosi oko jedan minut). Današnji precizno konstruisani detektori, kao što je ALICE, mogu da efikasno i pouzdano detektuju njegovo postojanje u najmanjim delovima sekunde.

Kada je reč o proceni moguće količine kreiranih atoma zlata na u ovom eksperimentu, može da se kaže da je u pitanju količina atoma zlata od oko 29 pg, koja se meri u piko gramima (1 pg=10 na minus 12 gr, ili hiljaditi deo milijarditog gr). Praktično, nema govora o tome da postoji mogućnost dobijanja količine zlata koja bi mogla da se koristi za nakit i u juvelirske svrhe. Ova konstatacija verovatno nailazi na razočarenje većeg broja zainteresovanih ljudi, jer je većina njih imala drugačija očekivanja od vesti da je „zlato dobijeno iz olova“. Možda će budućnost doneti nove ideje i metode u ovoj oblasti istraživanja ali, za sada, to je naučna realnost, rekao je dr Adžić.

Ne traga se za zlatom već za istinom

Reč je o eksperimentu koji je je više naučna radoznalost nego praktična zamena za rudnike. Dobijeno zlato ne može se videti golim okom, a sama transmutacija zahteva više energije nego što proizvede vrednosti. Ipak, neprocenjiva je vrednost u simboličkom smislu. Fizičari uzvikuju: Ne proizvodimo zlato zbog dragocenosti tog plemenitog metala, već da bismo razumeli procese koji stoje iza svega što gledamo u prirodi!
To je, ističu,  naučni podvig a ne finansijski trik pošto ovakve reakcije pružaju fizičarima priliku da testiraju teorije o nastanku materije u Univerzuumu. U osnovi, zlato je samo deo slagalice.
"U CERN-u se ne traga za zlatom, već za istinom. Ali ponekad, istina podseća na bajku," kažu u timu koji radi na bezbednosnim sistemima detektora CMS.
Možda bi se moglo reći da je zlato iz olova danas moguće, ali je za to neophodno mnogo više umeća nego što su alhemičari ikada sanjali. Stoga je moguće da ova bajka već danas ima i sopstveni kraj - svet se neće obogatiti zlatom iz olova ali hoće znanjem potrebnim za čitav process. U samo jednom sudaru čestica, u deliću sekunde, spojili su se hiljadugodišnji snovi i savremena nauka. I dok su alhemičari tragali za kamenjem mudrosti, fizičari danas tragaju za temeljima Univerzuuma i možda je upravo to novo zlato civilizacije. U svakom pogledu, bajka se nastavlja negde između svetlosti i olova.

Fizičari u CERN-ovom centru za nuklearna istraživanja u Ženevi veruju da sudari jezgara olova visoke energije mogu proizvesti materiju poznatu kao kvark-gluonska plazma, za koju se misli da je popunila Univerzuum u milionitom delu sekunde posle Velikog praska. To je, verovatno, dovelo do stvaranja materije koju danas poznajemo i navode da, u slučaju kada se jezgra olova nađu u tunelu akceleratora čestica LHC-a dužine 27 km na putanji sudara, veća je mogućnost da prolete jedno mimo drugog za dlaku. “Intenzivno magnetno polje jezgara može izazvati vibracije njihove unutrašnje strukture i izbacivanje malog broja neutrona i protona”, objašnjava se u saopštenju CERN-a koje prenosi “Swiss info”.

Danas, u podzemnim tunelima CERN-a, gde se protoni sudaraju brzinom svetlosti, san iz prošlosti dobija novu formu. Fizičari su, makar na trenutak, uspeli ono o čemu su alhemičari samo maštali: da iz atoma olova stvore atome zlata.
Ali to nije bajka o bogatstvu. To je bajka o znanju i ljudskoj potrebi da stalno traži nemoguće. Neće se svet obogatiti ovim zlatom. Ali jeste obogaćen znanjem koje stoji iza njega. U jednom sudaru čestica, u deliću sekunde, spojili su se vekovni snovi i moderna nauka. Alhemičari su tragali za kamenjem mudrosti. Današnji fizičari tragaju za osnovama Univerzuuma - i možda je to novo zlato.

Branka Jakšić

Fotografije: lična dokumentacija i Piksabay

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"