longtcth
Thành viên
- Tham gia
- 21/3/2025
- Bài viết
- 25
Trong suốt nhiều thế kỷ, các nhà giả kim thời Trung cổ đã không ngừng theo đuổi giấc mơ biến chì thành vàng. Dù những nỗ lực đó cuối cùng đều đi vào ngõ cụt, thì ngày nay, với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại và kiến thức vật lý hạt nhân tiên tiến, giấc mơ “giả kim” ấy đã phần nào trở thành hiện thực.
Câu chuyện đáng kinh ngạc này diễn ra tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), nơi đặt Máy va chạm Hadron lớn (Large Hadron Collider – LHC), cỗ máy khoa học khổng lồ mạnh nhất thế giới hiện nay.
Tại đây, các nhà vật lý thuộc thí nghiệm ALICE (A Large Ion Collider Experiment) đã vô tình tạo ra vàng trong quá trình va chạm các hạt nhân chì ở vận tốc gần bằng ánh sáng, với mục đích ban đầu là nghiên cứu trạng thái vật chất của vũ trụ chỉ vài phần triệu giây sau Vụ nổ lớn (Big Bang).
Kết quả ngoài dự kiến này không chỉ thu hút sự chú ý của giới khoa học, mà còn gợi lại một phần ký ức lịch sử, khi con người từng cố gắng chạm tay vào bí mật của tự nhiên bằng những công cụ còn thô sơ và niềm tin huyền bí.
Chì và vàng đều là các nguyên tố hóa học, và theo bảng tuần hoàn, sự khác biệt giữa chúng nằm ở số lượng proton trong hạt nhân nguyên tử: chì có 82 proton, trong khi vàng có 79.
Điều này đồng nghĩa, nếu có thể tách chính xác ba proton ra khỏi một nguyên tử chì, chúng ta sẽ có một nguyên tử vàng, ít nhất về mặt lý thuyết.
Tuy nhiên, trong thực tế, điều này cực kỳ khó khăn. Các proton không dễ gì bị tách khỏi hạt nhân bởi chúng được gắn chặt với nhau nhờ lực hạt nhân mạnh, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, với cường độ lớn gấp hàng triệu lần lực điện từ hay lực trọng trường mà con người quen thuộc.
Để tách được proton, cần phải tạo ra một môi trường năng lượng cực lớn, điều mà chỉ những máy gia tốc hạt như LHC mới có thể thực hiện.
Tại thí nghiệm ALICE, các nhà khoa học sử dụng hai chùm hạt nhân chì, gia tốc chúng đến vận tốc gần ánh sáng và cho chúng va chạm trực diện.
Những va chạm này không chỉ sinh ra nhiệt lượng khổng lồ mà còn tạo ra các trường điện từ mạnh bất thường – mạnh hơn cả những trường điện tạo ra sét trong khí quyển hàng triệu lần.
Chính trong những khoảnh khắc ngắn ngủi ấy, khi hai hạt nhân chì sượt qua nhau ở khoảng cách cực gần, điện trường mạnh giữa chúng có thể khiến một số proton bị "bắn" khỏi hạt nhân.
Nếu một hạt nhân mất đi đúng ba proton, nó sẽ biến từ chì thành vàng. Ngoài ra, việc mất một hoặc hai proton sẽ tạo ra các nguyên tố khác như thallium hoặc thủy ngân, điều mà các nhà nghiên cứu cũng quan sát được trong thí nghiệm.
Một câu hỏi thú vị đặt ra là: Làm thế nào các nhà khoa học biết được vàng đã hình thành, nếu họ không thể nhìn thấy trực tiếp các hạt nhân vàng?
Câu trả lời nằm ở các thiết bị dò đặc biệt mà ALICE sở hữu, nổi bật là loại cảm biến gọi là nhiệt lượng kế không độ (zero-degree calorimeters). Những cảm biến này có thể đếm được số lượng proton thoát ra khỏi các va chạm, từ đó giúp các nhà khoa học suy luận ngược lại xem điều gì đã xảy ra trong hạt nhân.
Theo tính toán, trong suốt quá trình vận hành, thí nghiệm ALICE đã tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây. Tuy nhiên, số lượng này cực kỳ nhỏ nếu tính theo khối lượng thực tế, chỉ vào khoảng 29 phần nghìn tỷ của một gam vàng được hình thành trong suốt thí nghiệm.
Rõ ràng, đây không phải là một phương pháp khả thi để sản xuất vàng về mặt kinh tế. Chi phí vận hành LHC và năng lượng tiêu thụ để tạo ra một lượng vàng siêu nhỏ như vậy chắc chắn vượt xa giá trị thực của kim loại quý này.
Dẫu vậy, thành tựu này vẫn có ý nghĩa đặc biệt trong nghiên cứu vật lý hạt nhân, bởi nó cung cấp thêm hiểu biết về cách các nguyên tố có thể hình thành trong vũ trụ.
Mặc dù việc tạo ra vàng có thể là điều hấp dẫn với công chúng và truyền thông, đối với các nhà khoa học làm việc tại CERN, hiện tượng này thực chất lại gây ra một số rắc rối kỹ thuật.
Khi một hạt nhân bị mất proton và biến đổi thành nguyên tố khác, nó sẽ lệch khỏi quỹ đạo tối ưu để lưu chuyển bên trong ống chùm tia chân không của LHC.
Trong vòng vài micro giây, hạt nhân “mới” này sẽ đâm vào thành ống và làm suy giảm chùm tia, ảnh hưởng đến chất lượng của thí nghiệm.
Do đó, thay vì hân hoan với việc "biến chì thành vàng", các nhà vật lý lại coi hiện tượng này là một yếu tố gây nhiễu cần kiểm soát. Việc hiểu rõ cơ chế biến đổi nguyên tố một cách ngẫu nhiên này sẽ giúp họ điều chỉnh các thông số thí nghiệm tốt hơn, cũng như lên kế hoạch cho những hệ thống va chạm tiên tiến hơn trong tương lai.
Trong suốt thời kỳ Trung cổ, niềm tin vào khả năng biến kim loại thường thành vàng là một phần trung tâm của thuật giả kim. Các giả kim thuật gia không chỉ tìm kiếm vàng, mà còn theo đuổi "thuốc trường sinh" và những bí mật vũ trụ ẩn giấu trong vật chất.
Ngày nay, khoa học hiện đại đã đưa chúng ta vượt qua lớp màn thần bí để tiếp cận chân lý tự nhiên thông qua các thí nghiệm thực tế.
Việc các nhà khoa học tại CERN tình cờ tạo ra vàng từ chì bằng cách thay đổi cấu trúc hạt nhân nguyên tử chính là minh chứng cho sự khác biệt giữa khoa học và giả kim: không dựa trên niềm tin hay biểu tượng, mà dựa trên bằng chứng, toán học và các định luật vật lý.
Dù không thể mang lại vàng theo cách giúp con người giàu lên sau một đêm, nhưng chính những phát hiện như vậy lại là "vàng thật" trong lĩnh vực tri thức, thứ giúp nhân loại tiến gần hơn tới việc giải mã vũ trụ và hiểu rõ hơn về bản chất của vật chất quanh ta.
Nguồn: thanhnienviet.vn
Câu chuyện đáng kinh ngạc này diễn ra tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), nơi đặt Máy va chạm Hadron lớn (Large Hadron Collider – LHC), cỗ máy khoa học khổng lồ mạnh nhất thế giới hiện nay.
Tại đây, các nhà vật lý thuộc thí nghiệm ALICE (A Large Ion Collider Experiment) đã vô tình tạo ra vàng trong quá trình va chạm các hạt nhân chì ở vận tốc gần bằng ánh sáng, với mục đích ban đầu là nghiên cứu trạng thái vật chất của vũ trụ chỉ vài phần triệu giây sau Vụ nổ lớn (Big Bang).
Kết quả ngoài dự kiến này không chỉ thu hút sự chú ý của giới khoa học, mà còn gợi lại một phần ký ức lịch sử, khi con người từng cố gắng chạm tay vào bí mật của tự nhiên bằng những công cụ còn thô sơ và niềm tin huyền bí.
Điều này đồng nghĩa, nếu có thể tách chính xác ba proton ra khỏi một nguyên tử chì, chúng ta sẽ có một nguyên tử vàng, ít nhất về mặt lý thuyết.
Tuy nhiên, trong thực tế, điều này cực kỳ khó khăn. Các proton không dễ gì bị tách khỏi hạt nhân bởi chúng được gắn chặt với nhau nhờ lực hạt nhân mạnh, một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên, với cường độ lớn gấp hàng triệu lần lực điện từ hay lực trọng trường mà con người quen thuộc.
Để tách được proton, cần phải tạo ra một môi trường năng lượng cực lớn, điều mà chỉ những máy gia tốc hạt như LHC mới có thể thực hiện.
Những va chạm này không chỉ sinh ra nhiệt lượng khổng lồ mà còn tạo ra các trường điện từ mạnh bất thường – mạnh hơn cả những trường điện tạo ra sét trong khí quyển hàng triệu lần.
Chính trong những khoảnh khắc ngắn ngủi ấy, khi hai hạt nhân chì sượt qua nhau ở khoảng cách cực gần, điện trường mạnh giữa chúng có thể khiến một số proton bị "bắn" khỏi hạt nhân.
Nếu một hạt nhân mất đi đúng ba proton, nó sẽ biến từ chì thành vàng. Ngoài ra, việc mất một hoặc hai proton sẽ tạo ra các nguyên tố khác như thallium hoặc thủy ngân, điều mà các nhà nghiên cứu cũng quan sát được trong thí nghiệm.
Câu trả lời nằm ở các thiết bị dò đặc biệt mà ALICE sở hữu, nổi bật là loại cảm biến gọi là nhiệt lượng kế không độ (zero-degree calorimeters). Những cảm biến này có thể đếm được số lượng proton thoát ra khỏi các va chạm, từ đó giúp các nhà khoa học suy luận ngược lại xem điều gì đã xảy ra trong hạt nhân.
Theo tính toán, trong suốt quá trình vận hành, thí nghiệm ALICE đã tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng mỗi giây. Tuy nhiên, số lượng này cực kỳ nhỏ nếu tính theo khối lượng thực tế, chỉ vào khoảng 29 phần nghìn tỷ của một gam vàng được hình thành trong suốt thí nghiệm.
Rõ ràng, đây không phải là một phương pháp khả thi để sản xuất vàng về mặt kinh tế. Chi phí vận hành LHC và năng lượng tiêu thụ để tạo ra một lượng vàng siêu nhỏ như vậy chắc chắn vượt xa giá trị thực của kim loại quý này.
Dẫu vậy, thành tựu này vẫn có ý nghĩa đặc biệt trong nghiên cứu vật lý hạt nhân, bởi nó cung cấp thêm hiểu biết về cách các nguyên tố có thể hình thành trong vũ trụ.
Khi một hạt nhân bị mất proton và biến đổi thành nguyên tố khác, nó sẽ lệch khỏi quỹ đạo tối ưu để lưu chuyển bên trong ống chùm tia chân không của LHC.
Trong vòng vài micro giây, hạt nhân “mới” này sẽ đâm vào thành ống và làm suy giảm chùm tia, ảnh hưởng đến chất lượng của thí nghiệm.
Do đó, thay vì hân hoan với việc "biến chì thành vàng", các nhà vật lý lại coi hiện tượng này là một yếu tố gây nhiễu cần kiểm soát. Việc hiểu rõ cơ chế biến đổi nguyên tố một cách ngẫu nhiên này sẽ giúp họ điều chỉnh các thông số thí nghiệm tốt hơn, cũng như lên kế hoạch cho những hệ thống va chạm tiên tiến hơn trong tương lai.
Ngày nay, khoa học hiện đại đã đưa chúng ta vượt qua lớp màn thần bí để tiếp cận chân lý tự nhiên thông qua các thí nghiệm thực tế.
Việc các nhà khoa học tại CERN tình cờ tạo ra vàng từ chì bằng cách thay đổi cấu trúc hạt nhân nguyên tử chính là minh chứng cho sự khác biệt giữa khoa học và giả kim: không dựa trên niềm tin hay biểu tượng, mà dựa trên bằng chứng, toán học và các định luật vật lý.
Dù không thể mang lại vàng theo cách giúp con người giàu lên sau một đêm, nhưng chính những phát hiện như vậy lại là "vàng thật" trong lĩnh vực tri thức, thứ giúp nhân loại tiến gần hơn tới việc giải mã vũ trụ và hiểu rõ hơn về bản chất của vật chất quanh ta.
Nguồn: thanhnienviet.vn
