Buzz
Trong hàng thế kỷ dài, các nhà giả kim thời Trung cổ không ngừng theo đuổi khát vọng biến chì thành vàng. Dù mọi nỗ lực đều không thành, thì ngày nay, nhờ công nghệ hiện đại và kiến thức vật lý hạt nhân tiên tiến, giấc mơ ấy đã dần trở thành hiện thực.
Chuyện tưởng chừng chỉ có trong truyền thuyết này lại xảy ra tại CERN – Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, nơi đặt Máy va chạm Hadron lớn (Large Hadron Collider – LHC), cỗ máy khoa học mạnh mẽ nhất thế giới hiện nay.
Tại đây, các nhà vật lý từ thí nghiệm ALICE (A Large Ion Collider Experiment) đã tình cờ tạo ra vàng trong lúc cho các hạt nhân chì va chạm nhau ở tốc độ gần ánh sáng, với mục tiêu ban đầu là nghiên cứu trạng thái vật chất ngay sau Vụ nổ lớn (Big Bang).
Kết quả bất ngờ này không chỉ khiến giới khoa học ngạc nhiên mà còn khơi gợi ký ức lịch sử – thời con người từng tìm cách khám phá bí ẩn tự nhiên bằng công cụ đơn sơ và niềm tin kỳ ảo.
Chì và vàng đều là nguyên tố hóa học, và sự khác biệt giữa chúng nằm ở số lượng proton trong hạt nhân nguyên tử: vàng có 79 proton, trong khi chì có đến 82.
Về mặt lý thuyết, nếu loại bỏ chính xác ba proton khỏi một nguyên tử chì, ta có thể thu được một nguyên tử vàng.
Thế nhưng, trong thực tế, việc này vô cùng gian nan. Các proton được gắn chặt với nhau bởi lực hạt nhân mạnh – một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, có cường độ vượt xa lực điện từ hay trọng lực mà con người thường biết đến.
Muốn tách được proton khỏi hạt nhân, cần tạo ra một môi trường có năng lượng cực cao – điều mà chỉ các máy gia tốc hạt như LHC mới đủ khả năng thực hiện.
Trong thí nghiệm ALICE, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hai chùm hạt nhân chì, tăng tốc chúng đến gần vận tốc ánh sáng và cho va chạm trực diện với nhau.
Những cú va chạm đó không chỉ tạo ra sức nóng khổng lồ mà còn sản sinh ra các trường điện từ cực mạnh – thậm chí vượt xa hàng triệu lần các điện trường sinh ra sét trong khí quyển.
Chính trong khoảnh khắc cực ngắn khi hai hạt nhân chì lướt sát qua nhau, điện trường khủng khiếp giữa chúng có thể làm bật một số proton ra khỏi hạt nhân.
Nếu một hạt nhân mất đúng ba proton, nó sẽ chuyển từ chì thành vàng. Trường hợp mất một hoặc hai proton sẽ tạo ra các nguyên tố khác như thallium hay thủy ngân – điều mà các nhà khoa học cũng ghi nhận được trong quá trình thí nghiệm.
Một câu hỏi thú vị được đặt ra: Làm sao các nhà nghiên cứu biết được vàng đã xuất hiện, nếu họ không thể nhìn thấy trực tiếp các hạt nhân vàng?
Câu trả lời được tìm thấy nhờ vào hệ thống cảm biến đặc biệt của ALICE, đặc biệt là loại gọi là nhiệt lượng kế không độ (zero-degree calorimeters). Những thiết bị này có khả năng đếm số proton thoát ra từ các vụ va chạm, từ đó giúp các nhà khoa học truy ngược lại quá trình đã diễn ra trong hạt nhân.
Dựa trên các phép tính, trong quá trình hoạt động, ALICE đã tạo ra xấp xỉ 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây. Tuy nhiên, tổng khối lượng vàng này lại cực kỳ nhỏ bé – chỉ khoảng 29 phần nghìn tỷ của một gam trong suốt thời gian thí nghiệm.
Hiển nhiên, đây không thể là phương pháp khả thi để sản xuất vàng theo góc độ kinh tế, khi chi phí vận hành LHC và mức năng lượng tiêu hao vượt xa giá trị của lượng vàng được tạo ra.
Tuy vậy, thành tựu này lại mang giá trị lớn đối với ngành vật lý hạt nhân, khi nó mở rộng thêm kiến thức về cách các nguyên tố được hình thành trong vũ trụ.
Dù việc tạo ra vàng nghe có vẻ hấp dẫn đối với công chúng và truyền thông, nhưng đối với các nhà khoa học ở CERN, hiện tượng này thực tế lại gây ra một số thách thức kỹ thuật.
Khi một hạt nhân mất đi proton và biến thành nguyên tố khác, nó sẽ lệch khỏi đường bay lý tưởng trong ống chùm tia chân không của LHC.
Chỉ trong vài micro giây, hạt nhân mới này sẽ va vào thành ống, làm suy yếu chùm tia và ảnh hưởng đến chất lượng của thí nghiệm.
Vì thế, thay vì xem việc “biến chì thành vàng” là một kỳ tích đáng tự hào, các nhà vật lý lại coi đây là một yếu tố nhiễu cần kiểm soát. Việc nắm rõ cơ chế biến đổi nguyên tố ngẫu nhiên này sẽ giúp họ tinh chỉnh các thông số thí nghiệm chính xác hơn và định hình cho những hệ thống va chạm hiện đại trong tương lai.
Trong thời Trung cổ, niềm tin vào khả năng biến kim loại tầm thường thành vàng là cốt lõi của thuật giả kim. Các nhà giả kim không chỉ săn lùng vàng mà còn tìm kiếm thuốc trường sinh và những bí mật sâu xa của vũ trụ ẩn trong vật chất.
Ngày nay, khoa học hiện đại đã giúp con người vén màn huyền bí để tiếp cận các quy luật tự nhiên thông qua những thí nghiệm thực tiễn.
Việc các nhà khoa học ở CERN vô tình tạo ra vàng từ chì bằng cách điều chỉnh cấu trúc hạt nhân nguyên tử là minh chứng rõ ràng cho sự khác biệt giữa khoa học và giả kim: dựa trên bằng chứng, toán học và các định luật vật lý chứ không phải những biểu tượng hay niềm tin huyễn hoặc.
Dù không thể tạo ra vàng giúp con người trở nên giàu có sau một đêm, nhưng những phát hiện như thế này lại chính là thứ “vàng thật” trong kho tàng tri thức – giúp nhân loại tiến gần hơn tới việc giải mã vũ trụ và thấu hiểu sâu sắc hơn về bản chất vật chất quanh mình.
