Drahý Time,
po horkém létě a psaní o tom, co by kdyby, se vracíme k našim tématům. Dneska o tom, jak Velký hadronový urychlovač (LHC) vyrábí zlato, jak splnil odvěký sen všech alchymistů, demiurgů a podobných individuí.

Začneme s olovem

LHC a Cern zveřejnili už 8. května v roce 2025 zprávu o tom, že se jim začalo v urychlovači najednou vyrábět zlato. Tady ne najednou, ale zveřejnili studii, která daný jev velmi podrobně mapovala. Zajímavé, ne? Hned na začátku to shodím tím, že množství takto vyrobeného zlata se počítá ne v karátech, ale v atomech, to je rozdíl 10 na 20, tedy o dvacet desetinných míst, takže z toho nezbohatnou. Ale problémy jim to dělá, takže se pojďme podívat, co se vlastně děje a proč.

Fyzikové se snaží bádat o samé podstatě hmoty a vesmíru. Samotnou povahu vesmíru velmi a zásadně ovlivnilo pouhých několik sekund po Velkém třesku. A od něj už uplynulo více než 13 miliard let, takže zkoumat to je opravdu oříšek. Nicméně když máme představu o tom, o jak gigantické energie se tehdy jednalo, můžeme si to právě v LHC přehrát a vyzkoušet, co zjistíme.

K tomu se používají ionty olova. Ionty proto, aby atomy nebyly navenek elektricky neutrální a mohli jsme je rozhýbat působením elektrického pole a urychlit je na rychlost blízkou rychlosti světla. Prostě je zbavíme elektronového obalu a v podstatě pak jde jenom o jádra atomů olova. Ta poté magnetické pole urychlovače drží v tenkém svazku a dva takto urychlené svazky, směřující proti sobě, se nechávají srážet právě v oblasti experimentu ALICE. To je zařízení, které se specializuje na výzkum kvark-gluonového plazmatu. Tento exotický stav hmoty byl jenom krátce po Velkém třesku, kdy energie v plazmatu byla natolik veliká, že neumožňovala kvarkům vázat se do protonů a neutronů. Více o tom se dočteš třeba zde.

Ideální stav je ten, že proti sobě letící jádra olova se čelně střetnou a v experimentu Alice uvolní spršku částic, které jsou zaznamenány a potom počítačově analyzovány. Jenomže se stává i to, že se atomy velmi těsně minou. Tak těsně, že to dokáže narušit silnou jadernou interakci a vystřelit z jádra atomu jednotlivé protony a neutrony.

Měníme olovo na zlato

Pojďme se podívat, jak k tomu vlastně dojde. Jak už jsem psal výše, atomy mají elektrický náboj, v tomto případě o velikosti +82e, kde to e je elementární náboj protonu. A protože se bavíme o rychlostech velmi blízkých rychlosti světla, tento náboj generuje gigantické elektromagnetické pole. Při blízkém průletu potom dostane druhé jádro silný elektromagnetický puls, obdrží velmi energetický foton:

γ+²⁰⁸Pb→²⁰⁸Pb^∗,

ta * značí, že se jádro excitovalo. Tedy dostalo energii, která je příliš velká na to, aby se udrželo silnou jadernou interakcí pohromadě a začne divoce oscilovat, až dojde k tomu, že z něj vyletí jednotlivé protony a neutrony. Můžeš si to zjednodušeně představit tak, že protony a neutrony v jádře začnou kolektivně kmitat proti sobě. U těžkých jader se tomu říká gigantická dipólová rezonance (GDR).

Pokud vyletí jeden proton, z olova se stane thalium, pokud dva, bude to rtuť a pokud tři, vznikne zlato. Celkově může jít podle modelu RELDIS až o 10 protonů, ale tato studie sledovala právě počet od jedné do tří.

Jinými slovy, experiment ALICE nezachytí atomy zlata, ale právě spršku částic, které GDR vyrazí z jádra, pokud jsou to tři protony a dva neutrony, z olova se stalo zlato a pokračuje v letu. Jenomže magnetické pole v urychlovači je nastaveno na hybnosti, které mají atomy olova. Tím, že toto konkrétní jádro přišlo o celkem pět nukleonů se jeho celková hybnost sníží. Proto za nějaký čas opustí svazek a vyletí z urychlovače, z jeho centrální trubice svazku, směrem ven. Zdroje se nevyjadřují k tomu, jak tento proces narušuje integritu trubice, nejspíše se jedná o zanedbatelný jev. Ale co je důležité, počet jader olova, které se začnou urychlovat a obíhají v urychlovači pořád do kola, se tímto zmenšuje a představuje to ztrátu částic ve svazku, kterou je potřeba nějak řešit. Třeba zastavit celý experiment a začít od znova s novou várkou jader olova.

A vedlejším efektem těchto pokusů za velmi, velmi dlouho dobu, by mohlo být pozlacení vnitřku trubice svazku.

_________________________________________________________________________

Vážený čtenáři, máš před sebou knihu „Tim se ptá: Proč a jak funguje vesmír“. Je to kniha odpovědí na otázky z moderní fyziky, kosmologie, ale také třeba o tom, jak fungují atomové elektrárny, výlet do historie, jak vznikala moderní fyzika a kdo byli její zakladatalé. Věnujeme se i současné kosmonautice, potřebám kolonizace vesmíru a jsou tam i pikaktní detaily, jak kosmonauti chodí na záchod, zdaleka nejčtenější část knihy. Tedy hned po kapitole, jak Jára Cimrman přispěl ke vzniku kvantové mechaniky.
Kniha je určená jak pro děti, ale i z části pro jejich rodiče, pro každého, kdo se laicky zajímá o fyziku a potřebuje zjednodušení složitých odpovědí. Předmluvu ke knize mi napsal Ondřej Neff, na faktickou správnost dohlížel profesor Jiří Chýla z Ústavu fyziky Akademie Věd.Stručně řečeno, Tim se ptal, abyste se už nemuseli ptát Vy :)Cena je 199 Kč + poštovné.
Objednat je možno na martin.tuma@smartblue.net, pošlete mi, prosím, i Vaše telefonní číslo, dopravce bez toho nevezme zásilku.