在人類歷史的長(zhǎng)河中，無(wú)數(shù)煉金術(shù)士都曾癡迷于一個(gè)共同的夢(mèng)想——將廉價(jià)的鉛變成珍貴的黃金。他們夜以繼日地在煉丹爐邊試驗(yàn)，渴望點(diǎn)燃“點(diǎn)石成金”的奇跡。然而，這個(gè)被稱為煉金術(shù)的幻想，最終被現(xiàn)代科學(xué)歸入傳說(shuō)。

點(diǎn)石成金可以實(shí)現(xiàn)嗎（圖片來(lái)源：作者使用AI生成）

然而，就在剛剛，這個(gè)古老的夢(mèng)想，在現(xiàn)實(shí)中竟然被真正“撞”出來(lái)了。2025年，歐洲核子研究中心（CERN）的科學(xué)家在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）中，成功實(shí)現(xiàn)了將鉛原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹪雍说膶?shí)驗(yàn)。這不是魔法，而是粒子物理在接近光速的世界里展開的一場(chǎng)奇觀。

那么問題來(lái)了：他們真的“合成”了黃金嗎？這是否意味著，未來(lái)可以靠實(shí)驗(yàn)室“制造金子”致富？為什么一個(gè)價(jià)值數(shù)百億的超級(jí)對(duì)撞機(jī)，最后只能產(chǎn)出萬(wàn)億分之一克的金？

科學(xué)家是怎么“撞”出黃金的？

要理解這場(chǎng)“煉金術(shù)”，我們先得認(rèn)識(shí)一個(gè)高能物理設(shè)備——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。它是目前世界上最大最強(qiáng)的粒子加速器，位于瑞士和法國(guó)交界處的地下隧道里，由歐洲核子研究中心（CERN）運(yùn)營(yíng)。

歐洲核子研究中心（圖片來(lái)源：Wikipedia）

科學(xué)家在這里做的事情聽起來(lái)很瘋狂——讓兩個(gè)鉛原子核，以接近光速（99.999993%的光速）的速度迎面相撞或擦肩而過(guò)！

這種特殊的碰撞方式，叫做超外周碰撞。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，兩顆鉛核沒有真的撞上，而是彼此飛掠而過(guò)，在強(qiáng)大的電磁力作用下發(fā)生了互動(dòng)。

在這個(gè)過(guò)程中，其中一個(gè)鉛核會(huì)受到對(duì)方電磁場(chǎng)發(fā)出的虛光子轟擊，就像被一束無(wú)形的高能激光射中。這束光子可能會(huì)擊落鉛核中的幾個(gè)質(zhì)子和中子。如果利用這種方法將原本含有82個(gè)質(zhì)子的鉛原子核，“撞”掉3個(gè)質(zhì)子，就可以將鉛原子變成黃金原子（含有79個(gè)質(zhì)子）。這不是魔法，而是核物理中的“核嬗變”現(xiàn)象——元素之間的本質(zhì)差異，在于它們?cè)雍酥械馁|(zhì)子數(shù)量。

而CERN的大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)（ALICE）正是負(fù)責(zé)“數(shù)清楚”這些質(zhì)子和中子有沒有真的被撞出來(lái)的團(tuán)隊(duì)。通過(guò)專門的探測(cè)器，他們記錄到了“鉛變金”的反應(yīng)信號(hào)。

黃金真的被合成了嗎？答案是——真的合成了！但只合成了一點(diǎn)點(diǎn)，而且還“活不久”。科學(xué)家們?cè)贏LICE實(shí)驗(yàn)中記錄到了一種非常罕見的事件：在鉛與鉛之間的超外周碰撞中，有部分鉛原子核在被高能光子擊打之后，失去了三個(gè)質(zhì)子，變成了金原子核。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可以生成金條嗎（圖片來(lái)源：作者使用AI生成）

原理的展示圖(圖片來(lái)源：https://alice-collaboration.web.cern.ch/2025-alice-lead-to-gold)

換句話說(shuō)，雖然科學(xué)家確實(shí)觀察到了鉛變金的過(guò)程，但這并不是一種可以用來(lái)煉金或盈利的技術(shù)。它的意義在于，我們第一次量化并驗(yàn)證了這一微觀物理過(guò)程在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生的可行性。

那為什么不能用這種方式制造黃金？

聽起來(lái)雖然很酷，但用對(duì)撞機(jī)“煉金”絕不是現(xiàn)實(shí)中可行的致富方式。原因主要有以下幾點(diǎn)：

① 成本太高了

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的建設(shè)和運(yùn)行成本超過(guò) 300億元人民幣，而實(shí)驗(yàn)四年只“合成”了 860億個(gè)金原子核，約為0.000000000029 克的黃金。按這個(gè)效率，你想合成一枚1克的金戒指，得花上幾千萬(wàn)年的時(shí)間和數(shù)萬(wàn)億的電費(fèi)。

② 黃金“活不下來(lái)”

對(duì)撞后形成的金原子核是高能態(tài)的，不穩(wěn)定，會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)（小于1微秒）就解體，釋放出粒子，徹底消失。

③ 完全無(wú)法回收

這些金原子核不會(huì)以“固態(tài)金子”的形式出現(xiàn)，它們是以高能粒子的形式短暫存在于加速器的真空管道中，無(wú)法提取、無(wú)法收集、更無(wú)法使用。

④ 效率太低

即使一切都不考慮，產(chǎn)生黃金的幾率本身也非常低。大多數(shù)碰撞的結(jié)果是其他元素，比如鉈（Tl）或汞（Hg），金只是少數(shù)中的少數(shù)。

總結(jié)一句話：科學(xué)上確實(shí)可以讓鉛變成金，但現(xiàn)實(shí)中完全劃不來(lái)，這就像是拿火箭送快遞——雖然很快，但沒有人會(huì)真的這么干。

讓鉛變成金完全劃不來(lái)（圖片來(lái)源：作者拍攝）

總結(jié)

從中世紀(jì)的“點(diǎn)石成金”幻想，到今天在實(shí)驗(yàn)室中真實(shí)上演的“鉛變金”，科學(xué)家們用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煉金士的終極夢(mèng)想，點(diǎn)鉛變金。但致富夢(mèng)想還是那么遙不可及，因?yàn)榈玫降慕鹱邮俏⒘康摹⑺查g的、不可提取的。原子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)不是一條致富捷徑，而是一扇通往自然奧秘的大門。通過(guò)對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家不僅觀察到了金原子核的短暫生成，還深入理解了原子核結(jié)構(gòu)、電磁相互作用和核嬗變等關(guān)鍵機(jī)制。

更重要的是，這項(xiàng)研究超越了“黃金”本身，為粒子物理模型驗(yàn)證、未來(lái)電子-離子對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)，以及高能核反應(yīng)中粒子發(fā)射規(guī)律的研究，提供了寶貴的數(shù)據(jù)和思路。或許有一天，人類確實(shí)能自由的合成各種元素，但那時(shí)我們真正渴望的，可能不再是金子本身，而是理解宇宙、塑造未來(lái)的能力與勇氣。

參考文獻(xiàn)：

[1] Acharya, S., et al. "Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at s NN= 5.02 TeV." Physical Review C 111.5 (2025): 054906.

[2] Dmitrieva, U. A., and I. A. Pshenichnov. "Production of Various Elements in Ultraperipheral 208Pb–208Pb Collisions at the LHC." Physics of Particles and Nuclei Letters 20.5 (2023): 1228-1231.

[3] Broz, Michal, Jesus Guillermo Contreras, and JD Tapia Takaki. "A generator of forward neutrons for ultra-peripheral collisions: nOOn." Computer Physics Communications 253 (2020): 107181.

作者：Denovo科普?qǐng)F(tuán)隊(duì)（張瑋杰 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士；楊超 博士）

審核：張麗媛

來(lái)源: 科普中國(guó)創(chuàng)作培育計(jì)劃

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