آیا روزی می‌رسد که انسان‌ها به رویای قدیمی کیمیاگری جامه عمل بپوشانند؟ اگرچه در قرون گذشته، تلاش‌ها برای تبدیل سرب به طلا صرفاً افسانه‌ای به‌نظر می‌رسید، اما پیشرفت علمی در قرن اخیر، این توقع را به واقعیت نزدیک‌تر کرده است.
دانشمندان مرکز سرن با استفاده از برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC)، موفق به تولید نادر هسته‌های طلا از سرب شده‌اند؛ دستاوردی که سرآغاز درک پیچیدگی‌های جدید فیزیک و کاربردهای علمی نوین است.
تاریخچه‌ای کوتاه از رؤیای کیمیا
کیمیاگری یا تلاش برای تبدیل مواد کم‌ارزش مانند سرب به فلزاتی گران‌بها همچون طلا، قرن‌ها پیش از میلاد مسیح توجه اندیشمندان را به خود جلب کرده بود. بسیاری از این تلاش‌ها، بر مبنای فلسفه‌های ارسطویی بود؛ نظریه‌ای که سرب را فلزی با «بیماری» فرض می‌کرد و باور داشت که این «بیماری» با تبدیل به طلا درمان می‌شود.
اگرچه کیمیاگری طلایی بر پایه اصول غیرعلمی استوار بود، ساختار اتمی سرب و طلا نشان می‌دهد که این دو فلز از لحاظ تعداد پروتون‌ها بسیار شبیه به هم هستند: طلا دارای ۷۹ پروتون و سرب دارای ۸۲ پروتون است. پس در فاصله تنها سه پروتون، این دو ماده به یکدیگر پیوند خورده‌اند.
استفاده از فناوری شتاب‌دهی ذرات: گامی فراتر از یک رؤیا
برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC)، یکی از بزرگ‌ترین سازه‌های علمی جهان است که در مرکز سرن (CERN) واقع شده و وظیفه آن بررسی ساختار بنیادی ماده از طریق برخورد ذرات با سرعت‌های فوق‌العاده بالا است. دانشمندان بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۸ در دومین دوره این شتاب‌دهنده، آزمایش مهمی را انجام دادند: برخورد اتم‌های سرب با سرعتی برابر ۹۹.۹۹۹۹۹۳ درصد سرعت نور.
نتایج این آزمایش حیرت‌انگیز بود؛ در میان تولید میلیاردها ذره، حدود ۸۶ میلیارد هسته طلای نادر تولید شد. البته این مقدار تنها ۲۹ تریلیونیم گرم بود و طلا ایجادشده کمتر از یک ثانیه تا نابودی فاصله داشت. با این حال، حتی چنین تولیدات ناپایداری نیز می‌تواند توسط آشکارسازهای پیشرفتهای مانند کالریمترهای درجه صفر (ZDC) در پروژه آلیس شناسایی و ثبت شود.
«خیلی شگفت‌انگیز است که دستگاه‌های ما می‌توانند حتی ضعیف‌ترین برخوردها را رصد کنند. این موضوع به ما کمک می‌کند فرآیندهای نادر هسته‌ای را بهتر بشناسیم.»
– مارکو ون لیوون، سخنگوی پروژه آلیس
فرآیند تبدیل سرب به طلا: چرا امکان‌پذیر است؟
تبدیل سرب به طلا به معنای جدا کردن سه پروتون از هسته سرب است. این فرآیند در شتاب‌دهنده‌های ذرات نه تنها ممکن است، بلکه در آزمایشات اخیر اثبات شده است. اگر تنها یک یا دو پروتون از هسته جدا شوند، فلزات دیگری مانند جیوه یا تالیوم تولید خواهند شد.
در دوره سوم آزمایش‌های LHC، تغییراتی در تأمین انرژی برخوردها باعث افزایش تولید طلا شد؛ این میزان تولید به بیش از ۸۹ هزار هسته در ثانیه رسید که تقریباً دو برابر نتایج دوره قبلی بود. این پیشرفت، نشان‌دهنده ظرفیت بالای شتاب‌دهنده‌ها برای مدیریت تغییرات در مقیاس اتمی است.
چالش‌ها و دستاوردها
تولید طلا در شتاب‌دهنده‌های ذرات هنوز به‌اندازه‌ای که بتوان به صورت صنعتی از آن استفاده کرد، ممکن نیست. علاوه بر هزینه گزاف بیش از چند میلیارد دلاری راه‌اندازی و مدیریت چنین تجهیزاتی، فرآیند تولید طلا به دلیل ناپایداری محصولات به دست آمده، محدود است. با این حال، دانش فعلی حاصل از این آزمایش‌ها به درک بهتر فیزیک هسته‌ای، پیش‌بینی واپاشی‌های الکترومغناطیسی و افزایش توانمندی‌های علمی در مدیریت پرتوها منجر شده است. به گفته محققان، این دستاوردها زمینه‌ساز ارتقای شتاب‌دهنده‌های آینده خواهد بود.
«این آزمایش نه تنها درک ما را از فیزیک جهان بهبود می‌بخشد، بلکه به ما کمک می‌کند مدل‌های نظری برای شتاب‌دهنده‌های نسل بعدی را توسعه دهیم.»
– جان جوت، فیزیکدان پروژه آلیس
نگاهی به آینده: کیمیاگری علمی در خدمت بشر
آیا می‌توان روزی از این تکنولوژی برای تولید انبوه طلا استفاده کرد؟ شاید نه در آینده نزدیک، اما این تکنولوژی بدون شک پتانسیل بالایی برای تأثیرگذاری در سایر حوزه‌های علمی و صنعتی دارد. مطالعات بیشتر روی برهمکنش‌های نادر ذرات می‌تواند راه را برای پیشرفتهای چشمگیر در علم فیزیک هسته‌ای، مهندسی مواد و حتی انرژی هموار کند.
نتیجه‌گیری نهایی
دستاوردهای آزمایشگاه LHC در تبدیل سرب به طلا شاید نزدیک‌ترین گام انسان به کیمیاگری باشد. اگرچه فرآیند موجود هنوز صنعتی نشده و برای تولید انبوه کاربردی نیست، اما پیام واضحی از قدرت دانش بشر در تغییر و فهم طبیعت به ما می‌دهد. این تحقیقات علمی نه تنها افق‌های جدیدی از فیزیک گشوده‌اند، بلکه بار دیگر اهمیت فناوری‌های پیشرفته را یادآوری کرده‌اند.
نظر شما درباره این پیشرفت علمی چیست؟ فکر می‌کنید کدام صنعت‌ها می‌توانند از دستاوردهای شتاب‌دهنده‌های آینده بهره‌مند شوند؟ در بخش نظرات برای ما بنویسید و در این گفت‌وگو شرکت کنید!
دیدگاه ها