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怎样把一块铜变成金子?

图片:yulinlon / CC0

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通过重离子对撞

原子核是由带电的质子和不带电的中子构成的,不同元素之间最主要的差异来源于原子核的电荷数,也就是原子核内的质子数量,当然,质子数相同但中子数不同的原子也是不一样的,但是其化学性质一样,这样的叫做同位素。所以,要想把一种元素变成另一种元素,根本手段就是改变原子核内的质子数(不考虑中子的影响)。

铜(Cu),质子数 29,中子数 35;

金(Au), 质子数 79,中子数 118.

那么什么是重离子对撞呢?很多人或许听过粒子对撞机,以及欧洲核子中心(CERN) 的大型强子对撞机(LHC)或者北京正负电子对撞机(BEPC),BEPC 是正负电子对撞,LHC 是质子质子对撞,这些对撞过程相对简单,产物相对较少,背景相对比较纯净;除此之外,还有另一种对撞,就叫做重离子对撞,用于对撞的粒子是很重的原子核,比如说铜原子核、金原子核或者铅原子核,

这些原子核的核子数在几十到 200 左右,相对电子 / 质子的质量来说是非常大的了,这样的对撞产物非常多,背景也非常复杂。

重离子对撞模拟动画

重离子对撞的生成物大多都是电子、轻介子(比如 pion 介子)、轻重子(比如质子等),质量越大的粒子产量越小,而能生成原子核的概率就更小了。典型的生成粒子的实验结果:

(这个不是重离子对撞的结果,而是质子质子对撞的结果,不过两者结果相似)上图中颜色越红表示粒子数越多,颜色越蓝则越少。其中 p 代表质子(实际上就是氢原子核),d 代表氘核,可以看到 d 比 p 就已经少了很多了,当然也会有氦核

甚至还能生成反氦核

但是这些产物的质量相对来说都比较小,很重的也不够几倍于质子的质量,但是金核大约是 200 倍的质子质量,而且需要恰当数量的质子和中子结合生成。所以,理论上考虑,可以通过铜核 - 铜核对撞,提高对撞能量,则生成物中就有可能存在金原子核,但是这种产量以及提取并保存的手段是非常困难的,而且完全是赔本的买卖啊!!!

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