В погоне за престижем и богатством состоятельные люди по всей средневековой Европе тщетно пытались превратить обычные металлы в золото. И хотя некоторые металлы могут стоить дороже золота, можно ли превратить их в него?
Этот процесс, известный как хризопея (от древнегреческих слов «золото» и «делаю»), в основном отвергается как алхимическая мечта. Но есть ли научные доказательства того, что металлы действительно можно превращать в золото?
Оказывается, есть. Однако, как показывают данные, это крайне невыгодное предприятие.
Читайте: Прорыв в алхимии – На БАК в ЦЕРН превратили Свинец в Золото
Духовные и практические цели хризопеи
Идея превращения других металлов (например, свинца) в золото уходит корнями в Древнюю Грецию, к философу Зосиму Панополитскому.
Он считал, что превращение неблагородных металлов в золото является отражением очищения и искупления души, и эта работа имела глубокое духовное значение.
Когда эта концепция вновь появилась в средневековой Европе, она преследовала уже чисто практическую цель — превращение дешёвого металла в золото было верным путём к богатству.
У натурфилософов была идея «созревания». Неблагородные металлы рассматривались как нечистые стадии, которые в итоге должны были «созреть» до чистейшей из всех форм — золота. Единственная проблема заключалась в том, что в земных недрах этот процесс занимал бы очень много времени.
Алхимики верили, если бы им удалось создать философский камень — мифическую субстанцию для создания золота, — они смогли бы катализировать этот процесс «созревания».
Считалось, что многие металлы состоят из смеси основных элементов: ртути, серы и соли. Следовательно, предполагалось, что, перестроив эти компоненты и удалив все примеси, любой металл в итоге превратится в золото.
От алхимии к ядерной физике
Становление современной науки в XVII и XVIII веках постепенно опровергло эти идеи, и алхимия уступила место новым дисциплинам — химии и физике.
Однако невероятно то, что секреты этого легендарного превращения известны физикам-ядерщикам уже на протяжении почти столетия. Сегодня мы знаем, что свойства элемента определяются количеством протонов в его ядре. Атомы столь желанного золота содержат 79 протонов, в то время как у свинца их 82.
«Ядро удерживается вместе благодаря сильному взаимодействию, и удалить из него протон или нейтрон очень сложно», — сказал Александр Калвейт, физик, работающий на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе (крупнейший в мире ускоритель заряженных частиц, расположенный на границе Швейцарии и Франции).
Тем не менее изменение этих фундаментальных компонентов атома означает, что теоретически возможно превратить один элемент в другой. Если у вас достаточно энергии, вы действительно можете выполнить такие операции.
Первое успешное превращение другого металла в золото было зафиксировано в 1941 году, когда учёные из Гарварда использовали ускоритель частиц (устройство, использующее электромагнитные поля для разгона заряженных частиц до высоких скоростей), чтобы направить ядра лития и дейтерия на атомы ртути, у которой на один протон больше, чем у золота.
Высокоэнергетические частицы выбивали протоны и нейтроны из ядер ртути, создавая три недолговечных радиоактивных изотопа золота (разновидности атомов золота, отличающиеся количеством нейтронов в ядре), которые быстро распадались из-за нестабильности высокоэнергетических ядер.
40 лет спустя это достижение было повторено лауреатом Нобелевской премии по химии Гленном Сиборгом в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Калифорния.
Его команда исследовала фрагментацию ядер висмута при релятивистских (происходящих на скоростях, близких к скорости света) столкновениях и превратила несколько тысяч атомов этого элемента в золото, обстреливая образец ядрами углерода и неона в ускорителе частиц.
Современные эксперименты и суровая реальность
Сегодня исследовательские группы на ускорителях частиц по всему миру продолжают сообщать о получении золота как побочного продукта своих экспериментов.
На Большом адронном коллайдере команда Калвейта изучает столкновения ионов свинца на скоростях, близких к скорости света.
«При лобовых столкновениях мы, по сути, высвобождаем кварки, находящиеся внутри протонов и нейтронов, и они на короткое время образуют состояние материи, существовавшее через несколько микросекунд после Большого взрыва в ранней Вселенной. Это так называемая кварк-глюонная плазма (экстремальное состояние вещества, в котором протоны и нейтроны „плавятся“, освобождая свои составные части — кварки и глюоны)».
Эти лобовые столкновения настолько интенсивны, что протоны и нейтроны полностью разрушаются. Но взаимодействия на близком расстоянии с меньшей энергией — когда частицы находятся очень близко, но не соприкасаются — создают мощное электромагнитное поле, которое выбивает протоны из ядер свинца.
В результате за три года экспериментальных работ команда учёных обнаружила около 29 трлн долей грамма золота.
Однако, несмотря на то, что мечта алхимиков была достигнута, маловероятно, что физики-ядерщики когда-либо смогут получить прибыль, синтезируя золото в ускорителе частиц. Расходы на строительство и эксплуатацию такого объекта, как Большой адронный коллайдер, астрономически высоки по сравнению со стоимостью получаемого объёма золота.
По оценкам, эксперименты Сиборга в 1980-х годах стоили примерно в триллион раз больше, чем произведённое им золото. К тому же редкость интересных взаимодействий означает, что исследователям приходится анализировать миллиарды точек данных, чтобы просто идентифицировать преобразованные атомы.
«С 1940-х годов было проведено множество экспериментов, в которых производилось золото», — сказал Калвейт. «Но общее для всех них то, что ни один из них даже отдалённо не приближается к рентабельности».