Учёные из Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) зафиксировали образование атомов золота в ходе экспериментов с ионами свинца в Большом адронном коллайдере (БАК). В результате сближений тяжёлых ядер, ускоренных почти до скорости света, было создано около 86 млрд ядер золота — всего 29 пикограммов, или триллионные доли грамма, что сопоставимо с массой нескольких бактерий.

Источник изображений: CERN

Речь идёт не о прямых столкновениях, а о близком прохождении тяжёлых ядер свинца, движущихся по кольцу БАК со скоростью 99,999993 % от скорости света. При таких скоростях ядро с 82 протонами формирует уплощённое электромагнитное поле, направленное перпендикулярно траектории движения. Когда два ядра пролетают достаточно близко друг к другу, в результате их взаимодействия формируется фотонный импульс. Один из таких фотонов может нарушить внутреннюю структуру ядра, вызвав выброс протонов и нейтронов.

Свинец и золото находятся рядом в периодической таблице: у свинца 82 протона, у золота — 79. Если выбить из атома свинца несколько протонов и часть нейтронов, он может превратиться в атом золота. Этот процесс напоминает хризопею (др.-греч. χρυσός — золото) — превращение неблагородных металлов в золото, к которому стремились алхимики. Однако на практике для этого требуется ускоритель частиц, способный разогнать ядра до огромных энергий. Это крайне энергоёмкий и неэффективный способ получения золота, требующий сложного и дорогостоящего оборудования.

Физики использовали калориметры нулевой степени (ZDCs), входящие в состав установки ALICE, чтобы подсчитать количество свободных нейтронов, сопровождаемых одним, двумя или тремя протонами. Это позволило количественно оценить образование трёх элементов в рамках одного запуска БАК: золота, ртути (80 протонов, 121 нейтрон) и таллия (81 протон, 123 нейтрона). Таллий и ртуть формируются в значительно больших количествах по сравнению с золотом, однако образование золота всё же было зафиксировано — с максимальной скоростью около 89 000 ядер в секунду вблизи точки столкновения пучков в установке ALICE.

Детектор ALICE в БАК, используемый учёными CERN

Образующиеся при столкновениях ядра золота существуют лишь доли секунды. Почти сразу после формирования они сталкиваются со стенками БАК и распадаются в потоке протонов, нейтронов и электронов. Алхимики прошлого были бы глубоко разочарованы, но не современные учёные. Для них это захватывающая возможность наблюдать, как атомы сталкиваются почти на световых скоростях и как они меняются в результате этих взаимодействий.

По словам физика Марко ван Леувена (Marco van Leeuwen) из Утрехтского университета (Utrecht University), используемые детекторы ALICE способны фиксировать как масштабные лобовые столкновения, порождающие тысячи частиц, так и редкие события, при которых образуются лишь единичные ядра. Это открывает путь к экспериментальному изучению редких электромагнитных процессов ядерной трансмутации.

С 1 декабря 2024 года в стенах Европейской организации ядерных исследований (CERN) больше не будет места для учёных, постоянно проживающих в России. Летом в этом было отказано учёным из Беларуси. Обеим странам отказали в продлении договора на получение статуса стран-наблюдателей, что давало право на научную работу в CERN. Европейские учёные сожалеют о принятом решении не меньше российских коллег, но признаются, что выбор делали за них.

Источник изображения: Samuel Joseph Hertzog/CERN

Как ранее сегодня сообщили «Ведомости» со ссылкой на слова Андрей Фурсенко, помощника Владимира Путина, «…решение об исключении России из проектов Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) выносили на уровне правительств, и при голосовании не хватило одного голоса стран, чтобы оно не было принято». Немецкий ресурс Heise online также это подтверждает, цитируя ряд немецких физиков, признающих, что это было решение властей.

ЦЕРН существует в Женеве уже 70 лет. Сотрудничество с российскими учёными не прерывалось даже в эпоху холодной войны. Вопрос о сотрудничестве остро встал в феврале 2022 года и в конце декабря 2023 года Совет ЦЕРН решил прекратить сотрудничество с Россией и Беларусью — не продлевать с ними договоров о предоставлении статуса стран-наблюдателей, которые заканчивались, соответственно, 30 декабря 2024 года и 27 июня 2024 года. У США, кстати, в ЦЕРН тоже статус страны-наблюдателя.

По данным организации, под занавес в проектах участвуют чуть больше 400 россиян. В феврале 2022 года таковых насчитывалось около 1000 человек. За это время около 100 учёных выехали из России и Беларуси и сменили официальное место проживания, чтобы сохранить своё участие в проектах CERN. На таких исследователей ограничительные санкции не распространяются.

Практически все ключевые европейские учёные выражают беспокойство в связи выдворением из ЦЕРН России и россиян. Ректор Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) Гюнтер Диссертори (Günther Dissertori) сказал буквально следующее: «Будет потеряно много ноу-хау. ЦЕРН ещё предстоит смириться с этой потерей».

Ханнес Юнг (Hannes Jung), физик и почетный профессор DESY (Немецкий Электронный Синхротрон), также опасается последствий: «В мире так много конфликтов. Если научное сотрудничество будет ограничено, это будет иметь последствия для будущих проектов и сотрудничества ЦЕРН». Кроме того, он также ожидает финансовой дыры в бюджете ЦЕРН и, следовательно, потенциально более серьёзной проблемы.

Россия вносила в бюджет CERN около 2,7 млн швейцарских франков в год (примерно 4,5 % годовых затрат на эксперименты на БАК или €2,9 млн). C одной стороны, это немного — на порядок меньше, чем Швейцария и на два порядка меньше, чем главный вкладчик — Германия. Но недавние встречи учёных с властями Германии обеспокоили их — власти говорят о значительном сокращении финансирования научных программ. Поэтому российская «копеечка» была бы не лишней, это не говоря об интеллектуальном вкладе, который ничем нельзя будет компенсировать. Кстати, сотрудничество CERN и российского Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в наукограде Дубна продолжено. Российская сторона финансирует 80 % расходов, а 20 % — ЦЕРН.

Более того, Европа стоит на пороге создания нового кольцевого ускорителя в разы больше Большого адронного коллайдера. Это проект на €10–20 млрд. Судьба проекта и так под вопросом и сокращение числа его участников не сделает её лучше.