Từ thời cổ đại, các nhà giả kim đã tìm cách biến các kim loại như chì hay thủy ngân thành vàng. Tới thời Trung cổ thì niềm khao khát này càng mãnh liệt hơn, dĩ nhiên là họ đã thất bại. Mãi tới nửa đầu thế kỷ 20, vàng mới có thể được sản xuất nhân tạo bằng cách cho bắn phá các hạt neutron hay proton.

Chì có nhiều điểm giống với vàng. Chúng đều là các kim loại nặng, có số proton trong hạt nhân rất gần nhau là 82 (chì) và 79 (vàng). Nếu như chúng ta rất khó biến một kim loại nhẹ như natri hay liti thành vàng, thì với chì sẽ khả thi hơn.

Trong báo cáo nghiên cứu mới công bố trên tờ Physical Review, các nhà vật lý tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) đã công bố các phép đo của họ trong lần chạy thứ 2 (2015-2018) và lần chạy thứ 3 (2022-nay) của Máy Gia tốc hạt Lớn (LHC). Trong đó, họ phát hiện ra chì có thể biến thành vàng theo một cơ chế hoàn toàn mới: những hạt nhân chì đi sượt qua nhau cũng có thể tự biến thành vàng.

Bằng cách sử dụng máy dò ZDC ALICE, họ thấy khi các hạt nhân chì bay sượt qua nhau mà không hề chạm nhau, thì chúng sẽ tạo ra các trường điện từ cực mạnh bởi vì hạt nhân chì chứa tới 82 proton mang điện tích dương.

Máy dò ZDC ALICE.

Chưa kể, chúng còn di chuyển nhanh chóng mặt bên trong máy LHC, với tốc độ bằng 99,99% vận tốc ánh sáng. Điều đó khiến các đường sức từ quanh mỗi hạt nhân chì bị nén dẹp lại và tạo ra một xung photon tồn tại trong thời gian chóng vánh.

Khi xung photon này tương tác với một hạt nhân chì đi sượt qua thì nó sẽ khiến cấu trúc trong hạt nhân đó mất ổn định, làm một lượng nhỏ neutron và proton bị văng khỏi hạt nhân. Máy dò đã đếm số tương tác giữa photon với hạt nhân chì và nhận thấy tương tác này đã tạo ra các hạt nhân vàng (79 proton). Điều này xảy ra khi 3 proton trong hạt nhân chì (82 proton) văng ra.

Kết quả đo đạc hiện giờ cho thấy, cứ 174 tỷ hạt nhân chì sẽ tạo ra cao lắm là 89 ngàn hạt nhân vàng mỗi giây. Ngoài ra loại tương tác này còn tạo ra cả thali (81 proton) và thủy ngân (80), tương ứng với việc hạt nhân chì bị văng ra 1 và 2 proton. Thậm chí số hạt nhân thali và thủy ngân được sinh ra còn nhiều hơn cả vàng.

Trước đây trong lần chạy thứ 2 của máy LHC, đã có tổng cộng khoảng 86 tỷ hạt nhân vàng được tạo ra. Nghe có vẻ nhiều, nhưng con số này chỉ bằng có 29 picogram, hay 2,9×10⁻¹¹ gram vàng. Còn trong lần chạy thứ 3 từ năm 2022 tới nay, nó đã sinh ra lượng vàng gần gấp đôi lần chạy trước nhờ máy LHC thường xuyên được nâng cấp.

Nhưng vẫn có một tin buồn, hầu hết các hạt nhân vàng sẽ va vào hạ tầng của máy LHC và lập tức phân rã thành proton, neutron và các hạt khác. Vậy là chúng chỉ tồn tại trong một phần rất nhỏ của giây. Kể cả có bền vững đi nữa thì toàn bộ lượng vàng mà máy LHC từng tạo ra vẫn ít hơn hàng ngàn tỷ lần mức đủ để làm một cái nhẫn.

Khám phá mới này đem lại thêm nhiều hiểu biết để cải thiện thiết kế của máy gia tốc trong tương lai. Có điều nếu các nhà giả kim thời xưa biết được số vàng ít ỏi kia, chắc là họ sẽ khá thất vọng.