鉛から金へ変換する「錬金術」がCERNの大型ハドロン衝突型加速器で観測される

鉛の同位体である²⁰⁸Pbの原子核には82個の陽子と126個の中性子が含まれており、理論的には²⁰⁸Pbの原子核から3個の陽子と2～8個の中性子を取り除けば、金の原子核になります。

超周辺衝突では、高速で移動する鉛の原子核の周りに強力な電磁場が発生し、この電磁場が光子のパルスとなって別の鉛の原子核に作用します。これによって原子核内部の振動が励起され、「電磁的解離」というプロセスが起こり、少数の中性子と陽子が原子核から飛び出します。この電磁的解離によるエネルギーや陽子の数をカウントすれば、実験によって金が生成されたことがわかるというわけです。 ALICE実験チームが「ゼロ度カロリメーター」という特殊な検出器を使ってこの現象を精密に測定したところ、LHCで金の原子核が1秒あたり最大約8万9000個生成されていたことがわかりました。また、2015年から2018年の間に行われた研究プロジェクトでは合計約86億個の金原子核が生成されていることも明らかになりました。

ただし、金の原子核86億個を質量に換算するとわずか0.000000000029グラムであり、生成された金はごく微量です。また、生成された金原子核は非常に高いエネルギーで放出され、すぐにLHCの内部構造に衝突して別の粒子に分解されてしまうため、非常に短い時間しか存在しないそうです。

ALICE実験チームの広報担当者であるマルコ・ヴァン・リーウェン氏は今回の研究について、同じ検出器で数千の粒子を生成する大規模な衝突と希少な核変換の両方を研究できる意義を強調しています。また研究チームの一員であるジョン・ジョウェット氏は「この実験結果は電磁的解離の理論モデルを検証・改善するものであり、将来の加速器設計にも役立つ知見をもたらします」と述べました。