Физики осуществили мечту алхимиков — научились превращать свинец в золото
Фото: Михаил Фролов.
На протяжении веков алхимики стремились создать золото из неблагородных металлов. Хотя их усилия не привели к успеху, современные физики начали осуществлять то, что когда-то казалось досягаемой мечтой. В настоящее время золото удается получать из свинца даже в небольших ядерно-физических лабораториях. Недавно популярный научный сайт представил информацию о аналогичных экспериментах, проводимых на Большом адронном коллайдере.
Традиционные алхимические методы, такие как заточка, смешение с ртутью, использование серы и иные, больше не применяются для получения “искусственного” золота — вместо этого используется исключительно природная физика. Чтобы извлечь свинец из ядерно-физических реакций, необходимо применять уникальные методы. Как оказывается, для этого можно всего лишь сбить 3 протона, столкнувшись с ядром-нарядом гелия. Однако для осуществления процесса нужно разогнать бомбардирующее ядро до скорости примерно 1/10 от скорости света. Подобным образом, но с более тяжелыми ядрами, ученые моделируют условия ранней Вселенной, стремясь понять, что произошло с материей в первые мгновения после Большого взрыва.
ПОЧЕМУ ЗОЛОТО ИЗ СВИНЦА НЕВОЗМОЖНО ПРОДАТЬ
Тем не менее, не стоит ожидать обвала цен на золото в связи с этими экспериментами. Золото, полученное из свинца, невозможно продать — оно существует лишь доли мгновений. И образуется в невесомых количествах — со скоростью 178 000 атомов золота в секунду. Для сравнения, умножьте 3 057 миллиардов на миллиард — примерно столько атомов содержится в 1 грамме золота. Если золото из свинца нельзя монетизировать как ювелирное украшение или золотой резерв, то в чем ценность этих экспериментов?
Фото: Shutterstock.
На этот вопрос мы спросили научного руководителя Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований, академика РАН Юрия Оганесяна.
— Действительно, можно сказать, что физики реализовали мечту алхимиков, — говорит Юрий Цолакович. — И надо признать, что определенная логика в действиях алхимиков была: они пытались нагревать свинец, соединять его с серой, ртутью, воздействовать сильными реагентами. Иными словами, они понимали, что трансформировать один элемент в другой невозможно, если не внести дополнительную энергию. Проблема заключалась в том, что они неправильно представляли себе масштаб энергии, которая необходима для такого рода превращений. Они воздействовали на электронную оболочку атома, а надо было менять ядро атома. Для этого нужно приложить энергии в миллионы раз больше!
Чтобы оторвать внешний электрон от атома (его связь с атомом определяет химические свойства элемента), нужна энергия, которая исчисляется в электронвольтах. А чтобы оторвать протон или нейтрон из атомного ядра, нужны мегаэлектронвольты. Вот этого скачка энергии не хватало для того, чтобы трансформировать свинец в золото.
ИЩЕМ СИЛЫ, КОТОРЫЕ УПРАВЛЯЮТ ЯДЕРНОЙ МАТЕРИЕЙ
— Что дает науке это новое знание?
— Современной наукой считается, что материальный мир (лучше сказать, Вселенная) является результатом четырех типов взаимодействий: электромагнитного, слабого, сильного и гравитационного. Для электромагнитного и слабого взаимодействий разработана строгая теория, которая не только хорошо объясняет, но и предсказывает все связанное с ними.
Вы можете взять карандаш, бумагу и сделать расчеты — они будут одинаково хорошо работать и для маленького чипа, и для гигантской электростанции. А сильное взаимодействие — это силы, которые держат протоны и нейтроны в очень маленьком объеме ядра при огромной его плотности. И вот эти силы до сих пор неизвестны. Вместо единой строгой теории – пока лишь различными теоретическими моделями, область применения которых ограничена. Более того, у нас даже нет какого-то предпочтения на этот счет. И вот ученые, которые проводили эксперименты, о которых мы сейчас говорим, заняты уже много лет изучением ядерных реакций, в которых эти взаимодействия проявляются.
— То есть смысл не в получении золота или каких-то других элементов, а в том, чтобы понять, как работают ядерные силы?
— Да, мы хотим узнать при каких условиях, при каких энергиях, при какой массе происходит трансформация материи. Ведь эти силы очень странные: когда протоны и нейтроны находятся далеко друг от друга, они вообще не взаимодействуют. Когда подходят слишком близко — начинаю отталкиваться. А при равных размерах протона или нейтрона – включается это сильное взаимодействие. Оно в 100–200 раз сильнее чем электромагнитное отталкивание протонов, действующее в ядре. Если мы научимся управлять ядерными силами — это даст человечеству совершенно уникальные возможности.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Есть ли душа у живых существ и растений? Почему ученые больше не считают человека единственным носителем сознания?
Источник редких металлов, новых антибиотиков и вечного молодости: что ученые обнаружили на дне океана
