Một bước tiến ngoạn mục: Các nhà khoa học đã thành công trong việc biến chì thành vàng, liệu điều này có thể dẫn đến sự giảm giá của vàng trong thời gian tới?

Tiên đoán từ hơn 1.700 năm trước của các nhà giả kim cổ xưa, nay đã trở thành sự thật.

Trong một nghiên cứu mới đăng tải trên Tạp chí Physical Review, các nhà khoa học tham gia dự án Máy dò ion gia tốc lớn (ALICE) tại Pháp đã lần đầu tiên thực hiện được việc biến chì thành vàng trong một thí nghiệm đột phá.

Quá trình này diễn ra trong Máy Gia tốc hạt Lớn (LHC) của Hội đồng Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN), khi các nhà khoa học tăng tốc nguyên tử chì (Pb) lên đến 99,999993% tốc độ ánh sáng, dẫn đến một biến đổi kỳ diệu.

Ba proton đã tách ra từ hạt nhân chì Pb (82) và biến thành vàng Au (79).

Theo nghiên cứu được công bố, mỗi giây trong LHC có khoảng 89.000 hạt nhân vàng được tạo ra theo phương pháp này. Cuối thí nghiệm, tổng lượng vàng sinh ra từ chì là khoảng 86 tỷ nguyên tử.

Nếu cân chúng, lượng vàng này sẽ có trọng lượng khoảng 29 picogram.

Mặc dù là một con số vô cùng nhỏ - mỗi picogram chỉ bằng một phần triệu tỷ của một gram - thí nghiệm của ALICE đã chứng minh lời tiên tri kéo dài 1.700 năm của các nhà giả kim thuật cổ đại. Họ đã thành công trong việc biến chì thành vàng, một quá trình từng chỉ có trong truyền thuyết, được gọi là...

Chrysopoeia

Đây là một thuật ngữ trong tiếng Hy Lạp cổ, có nghĩa là "sản xuất vàng". Chrysopoeia lần đầu tiên xuất hiện trong cuốn sách mang tên này của Cleopatra, một nhà giả kim sống vào thế kỷ 3 sau Công Nguyên. Trong cuốn sách của mình, Cleopatra mô tả một số thiết bị chưng cất và quy trình được cho là có thể biến chì thành vàng nhờ vào một nguyên tố gọi là "đá của nhà giả kim".

Nếu bạn chưa biết, "đá của nhà giả kim" không phải là đá thật, mà là một khái niệm trừu tượng trong truyền thuyết giả kim, ám chỉ bất cứ chất lỏng, bột hay nguyên tố nào có khả năng biến các kim loại thông thường thành kim loại quý như vàng, thậm chí có thể làm trẻ hóa cơ thể hoặc đem lại sự bất tử.

Vì những khả năng kỳ diệu này, "đá của nhà giả kim" đã được săn lùng suốt hàng nghìn năm. Nó là trung tâm của giả kim thuật, một lĩnh vực kết hợp giữa khoa học thực nghiệm và những ý tưởng siêu thực, thần thánh, được coi là giả khoa học.

Dù vậy, thuật giả kim ngày xưa vẫn thu hút không ít các nhà khoa học nổi tiếng, và thậm chí còn mở đường cho sự phát triển của nhiều ngành khoa học hiện đại như hóa học và y học.

Trong quá trình tìm kiếm "viên đá của nhà giả kim", các nhà giả kim đã vô tình phát triển nhiều kỹ thuật hóa học, biến đổi dược chất, xây dựng các quy trình thử nghiệm thuốc và tạo ra nhiều ứng dụng khác.

Một số nhà khoa học vĩ đại đã tin vào giả kim thuật, bao gồm Robert Boyle, nhà khoa học người Ireland được coi là cha đẻ của hóa học hiện đại, bác sĩ tiên phong người Thụy Sĩ Paracelsus, và nhà vật lý lừng danh người Anh Isaac Newton.

Tuy nhiên, dù có trí tuệ của những bộ óc thiên tài, họ vẫn thất bại trong suốt 1.500 năm tìm kiếm "hòn đá của nhà giả kim".

Vấn đề là các nhà giả kim cổ đại chưa biết đến sự tồn tại của nguyên tử. Họ nghĩ rằng tất cả kim loại đều giống nhau, và những đặc tính khác biệt giữa chúng là do độ tuổi, mức độ "trưởng thành" hoặc "già" của kim loại.

Chẳng hạn, chì có trọng lượng, mật độ và tính chất tương tự vàng, vì vậy các nhà giả kim tin rằng chỉ cần làm chì "già" đi một chút là có thể biến nó thành vàng.

Chỉ đến thế kỷ 19, khi Dmitri Ivanovich Mendeleev hoàn thành bảng tuần hoàn hóa học, các nhà khoa học mới nhận ra rằng chì và vàng thực sự là hai nguyên tố khác nhau.

Để biến chì thành vàng, chúng ta phải loại bỏ 3 hạt proton nhỏ trong hạt nhân của nguyên tử. Mục tiêu này từng được coi là không thể thực hiện, vì năng lượng liên kết của các proton trong nguyên tử là vô cùng cao, gấp hàng triệu lần năng lượng trong các phản ứng hóa học thông thường mà các nhà giả kim có thể thực hiện.

Nhưng giờ đây, chì thực sự đã có thể biến thành vàng

Điều này trở nên khả thi nhờ vào những tiến bộ vượt bậc trong khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự ra đời của các máy gia tốc hạt trong thế kỷ 20. Máy gia tốc hạt sử dụng trường điện từ để đẩy các hạt tích điện đến tốc độ và năng lượng cực cao, gần với tốc độ ánh sáng.

Trong quá trình này, các hạt nhân nguyên tử có thể va chạm và phá vỡ các nguyên tử, tạo ra những nguyên tử mới.

Vào năm 1980, một nhóm các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL), dưới sự dẫn dắt của Glenn Seaborg, người đoạt giải Nobel hóa học năm 1951, đã sử dụng máy gia tốc hạt để tăng tốc chùm hạt nhân carbon và neon lên gần với tốc độ ánh sáng.

Các chùm hạt sau đó được bắn vào một lá bismuth Bi(83), nguyên tố đứng ngay sau chì Pb(82) trong bảng tuần hoàn. Quá trình này đã phá vỡ một phần nhỏ trong các nguyên tử bismuth, tương đương với việc loại bỏ 4 proton, và biến chúng thành nguyên tử vàng Au(79).

Cùng với việc loại bỏ 4 proton, các phản ứng do va chạm đã khiến từ 6 đến 15 neutron bị tách ra, tạo ra một loạt các đồng vị vàng, từ vàng 190 (79 proton và 111 neutron) đến vàng 199 (79 proton, 120 neutron).

Thí nghiệm của Glenn Seaborg vào năm 1980 với máy gia tốc hạt đã chứng minh rằng "hòn đá của nhà giả kim" thực sự tồn tại. Tuy nhiên, điều này không phải nhờ vào ma thuật mà là nhờ vào một cỗ máy gia tốc hạt.

Hơn 40 năm sau, trong một thí nghiệm sử dụng máy gia tốc hạt mạnh mẽ hơn của Seaborg, các nhà khoa học quốc tế tại dự án Thí nghiệm Máy va chạm ion lớn (ALICE) ở Pháp đã đạt được một bước tiến đột phá.

Cũng bằng cách gia tốc các hạt nhân nguyên tử, họ đã lần đầu tiên biến chì thành vàng với một nguyên lý ấn tượng hơn nhiều so với quá trình bắn phá hạt nhân thông thường của Seaborg vào năm 1980.

Nguyên lý này được gọi là "biến đổi hạt nhân bằng điện từ trường hiếm", theo lời tiến sĩ Marco Van Leeuwen, phát ngôn viên của ALICE.

Cụ thể, trong nghiên cứu lần này, tiến sĩ Leeuwen và các cộng sự đã sử dụng máy va chạm Hadron lớn (LHC), cỗ máy gia tốc hạt lớn nhất của loài người, để gia tốc các nguyên tử chì lên tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng (99,999993% của 299.338 km/h).

Khi đạt đến tốc độ này, nếu các hạt nhân chì va chạm, chúng có thể tạo ra plasma quark-gluon, một trạng thái vật chất nóng gấp 100.000 lần nhiệt độ tâm Mặt Trời, thứ được cho là đã lấp đầy vũ trụ trong một phần triệu giây ngay sau Vụ nổ lớn, góp phần hình thành mọi vật chất mà chúng ta biết đến.

Tuy nhiên, trong thí nghiệm mới nhất, các nhà khoa học tại ALICE đã cố gắng ngăn không cho các nguyên tử chì va chạm. Thay vào đó, họ chỉ để chúng trượt qua nhau để tạo ra các tương tác photon-hạt nhân.

Khi các hạt nhân chì được gia tốc, các đường sức điện từ của chúng bị nén thành một lớp mỏng, vuông góc với hướng chuyển động, tạo ra một xung photon tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn.

Thông thường, điều này kích hoạt một quá trình gọi là phân ly điện từ, trong đó một photon tương tác với hạt nhân có thể kích thích dao động của cấu trúc bên trong hạt nhân, dẫn đến việc phát tán một lượng nhỏ neutron và proton", nhóm ALICE giải thích.

Và trong quá trình phóng proton, các nhà khoa học đã thực sự quan sát được các nguyên tử chì mất đi 3 proton, biến chúng thành vàng.

Vậy giá của vàng nhân tạo này là bao nhiêu?

Sau khi hoàn thành giấc mơ 1.700 năm của thuật giả kim, giờ đây, bạn có thể hình dung được liệu loài người có thể sản xuất vàng từ chì, liệu điều này có làm giá vàng giảm xuống?

Tuy nhiên, đừng vội vàng bán đi toàn bộ vàng mà bạn đang sở hữu để chốt lời, bởi tin vui nhưng cũng là tin buồn là việc sản xuất vàng bằng máy gia tốc hạt chỉ mang lại thua lỗ, thậm chí là thua lỗ cực kỳ nặng.

Vào năm 1980, khi thí nghiệm biến bismuth thành vàng trong máy gia tốc hạt của Glenn Seaborg được tiến hành, ông đã phải vận hành cỗ máy với chi phí lên đến 5.000 USD mỗi giờ.

"Sẽ cần hơn một nghìn tỷ đô la để tạo ra một ounce vàng từ thử nghiệm này", Seaborg thừa nhận. Trong khi đó, giá vàng một ounce vào thời điểm đó chỉ khoảng 560 USD.

Việc sản xuất vàng trong thí nghiệm mới của các nhà khoa học tại ALICE thậm chí còn khó khăn hơn rất nhiều.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review, quá trình biến chì thành vàng trong thí nghiệm này chỉ tạo ra được vỏn vẹn 86 tỷ hạt nhân vàng, tương đương với 29 picogram.

Với mỗi picogram tương đương với 1 phần triệu tỷ gram, 29 picogram chỉ bằng 0.0000000000077333 chỉ. Nếu nhân với giá vàng thế giới hiện nay là 3.397,65 USD/ounce, các nhà khoa học ở ALICE sẽ bán được 0.00000000314911 USD, tương đương với 0.00008 VNĐ.

Ngược lại, nguồn lực mà dự án ALICE sử dụng lại vô cùng khổng lồ. Họ đã phải sử dụng cỗ máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới, LHC, đặt tại biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ.

LHC là một cỗ máy khổng lồ với chu vi lên đến 27 km, đường kính 8,6 km và được đặt sâu hơn 50 mét dưới lòng đất. Chỉ riêng chi phí xây dựng đã tốn khoảng 5,6 tỷ USD, chưa kể chi phí vận hành hàng năm lên đến 1 tỷ USD.

Ngoài ra, đội ngũ nhân lực tham gia vào dự án ALICE cũng rất lớn, gồm hơn 2.000 nhà khoa học đến từ 174 viện vật lý tại 40 quốc gia khác nhau trên thế giới.

Có thể hình dung đây là một nỗ lực khổng lồ chỉ để biến một lượng chì cực kỳ nhỏ, vài chục picogram, thành vàng.

"Thí nghiệm này không chỉ để kiểm tra và cải thiện các mô hình lý thuyết về phân ly điện từ mà còn giúp hiểu và dự đoán sự tổn thất chùm tia, một yếu tố giới hạn hiệu suất của LHC và các máy va chạm trong tương lai", các nhà khoa học giải thích.

Vì thế, bạn có thể yên tâm rằng các nhà khoa học chắc chắn không sử dụng phương pháp này để sản xuất vàng bán ra thị trường. Do đó, giá vàng trên thị trường quốc tế sẽ không bị ảnh hưởng bởi nghiên cứu này.