İsviçre’deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’de, evrenin oluşumundan hemen sonraki koşulları yeniden oluşturmak amacıyla yürütülen deneylerde şaşırtıcı bir sonuç elde edildi. Işık hızına yakın hızlarda hareket eden kurşun atomlarının çekirdeklerinden proton koparan bilim insanları, kurşunu altına dönüştürmeyi başardı. Ancak elde edilen altın miktarı, gramın trilyonda 29’u kadar.
Orta Çağ simyacılarının yüzyıllar boyunca gerçekleştirmeye çalıştığı kurşunu altına dönüştürme hayali, modern parçacık fiziği sayesinde gerçeğe dönüştü.
İsviçre-Fransa sınırında bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) çalışan bilim insanları, evrenin Büyük Patlama’dan hemen sonraki koşullarını araştırırken beklenmedik bir sonuçla karşılaştı.
ALICE deneyinde görev yapan fizikçiler, yüksek enerjili kurşun çekirdeklerinin birbirlerinin yakınından geçmesi sırasında meydana gelen elektromanyetik etkileşimlerin, kurşun çekirdeklerini altın çekirdeklerine dönüştürebildiğini ortaya koydu.
Kurşun nasıl altına dönüşüyor?
Bilim insanları, kurşun ile altın arasındaki temel farkın atom çekirdeklerinde bulunan proton sayısı olduğunu belirtiyor.
Kurşun atomunun çekirdeğinde 82 proton bulunurken, altın atomunun çekirdeğinde 79 proton yer alıyor.
Dolayısıyla bir kurşun çekirdeğinden tam olarak üç proton çıkarılması, bu çekirdeğin altına dönüşmesini sağlıyor.
Ancak bu işlem, sıradan kimyasal yöntemlerle gerçekleştirilemiyor. Çünkü protonlar atom çekirdeğinde son derece güçlü nükleer kuvvetlerle bir arada tutuluyor.
Bilim insanlarının bu bağı aşabilmesi için olağanüstü güçlü elektromanyetik alanlar oluşturması gerekiyor.
Işık hızına yakın çarpışmalar
CERN’deki araştırmacılar, gerekli elektromanyetik alanları oluşturmak amacıyla kurşun çekirdeklerini ışık hızına çok yakın hızlarda birbirlerine doğru gönderiyor.
Çekirdekler doğrudan çarpıştığında güçlü nükleer etkileşimler nedeniyle parçalanabiliyor.
Ancak bazı durumlarda çekirdekler birbirlerine çarpmadan, son derece yakın mesafelerden geçiyor.
Bu yakın geçişler sırasında oluşan güçlü elektromanyetik alanlar, atom çekirdeklerinin titreşmesine ve proton kaybetmesine yol açabiliyor.
Bir kurşun çekirdeği tam olarak üç proton kaybettiğinde ise altın çekirdeği ortaya çıkıyor.
Araştırmacılar, bu sürecin kurşundan altın üretiminin fiziksel olarak mümkün olduğunu gösterdiğini belirtiyor.
Üretilen altın miktarı son derece küçük
Deneylerin en dikkat çekici sonuçlarından biri, elde edilen altının miktarı oldu.
Bilim insanlarının hesaplamalarına göre, deneyler sırasında toplam yaklaşık 29 pikogram, yani gramın trilyonda 29’u kadar altın üretildi.
Bu miktar, ekonomik açıdan herhangi bir değer taşımayacak kadar küçük.
Ayrıca oluşan altın çekirdekleri uzun süre korunamıyor. Parçacık hızlandırıcısının içinde hareket etmeye devam eden çekirdekler, sistemin diğer bileşenleriyle etkileşerek kayboluyor.
Dolayısıyla deney, ticari altın üretiminden çok atom çekirdeklerinin davranışlarını anlamaya yönelik bilimsel bir başarı olarak değerlendiriliyor.
Altın doğrudan gözlemlenemiyor
ALICE deneyinde bilim insanları, oluşan altın çekirdeklerini doğrudan gözlemlemek yerine dolaylı ölçümlerden yararlanıyor.
Araştırmacılar, sıfır derece kalorimetreleri (Zero Degree Calorimeters) adı verilen özel dedektörlerle kurşun çekirdeklerinden kopan protonları tespit ediyor.
Bu cihazlar, elektromanyetik etkileşimler sonucunda çekirdeklerden ayrılan parçacıkların sayısını ölçebiliyor.
Üç protonun ayrıldığı olayların belirlenmesi, altın çekirdeklerinin oluştuğuna ilişkin bilimsel kanıt sağlıyor.
Evrenin ilk anlarına ışık tutuyor
CERN’de yürütülen deneylerin asıl amacı, altın üretmek değil, evrenin yaklaşık 13,8 milyar yıl önceki Büyük Patlama’nın hemen ardından nasıl bir yapıya sahip olduğunu anlamak.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda gerçekleştirilen yüksek enerjili ağır iyon çarpışmaları, maddenin aşırı sıcaklık ve yoğunluk altındaki davranışlarının incelenmesine olanak sağlıyor.
Bu araştırmalar özellikle proton ve nötronların temel bileşenleri olan kuarklar ile gluonların oluşturduğu, kuark-gluon plazması olarak bilinen madde hâlinin anlaşılmasına katkıda bulunuyor.
Kurşun çekirdeklerinin altına dönüşmesi ise bu araştırmalar sırasında ortaya çıkan dikkat çekici yan sonuçlardan biri olarak bilim dünyasında ilgi uyandırdı.
Bilim insanlarının ulaştığı sonuç, simyacıların yüzyıllardır peşinden koştuğu dönüşümün mümkün olduğunu kanıtlasa da altın üretmek için kullanılabilecek ekonomik bir yöntem sunmuyor.
Bununla birlikte deney, modern fiziğin atom çekirdeklerini değiştirebildiğini ve bir kimyasal elementi başka bir elemente dönüştürebildiğini somut biçimde ortaya koyuyor.
