LHC’de kurşunun altına dönüşmesi ilk kez tespit edildi

• CERN’in ALICE iş birliği, LHC’de kurşun atom çekirdeklerinin altın atom çekirdeklerine dönüşme sürecini nicel olarak ölçerek Physical Review Journals’ta yayımladı
• Bu olay, kafa kafaya çarpışmalardan çok daha sık gerçekleşen yakın geçişli çarpışmalarda, güçlü elektromanyetik alanların foton–atom çekirdeği etkileşimlerini tetiklemesiyle ortaya çıkıyor
• Kurşunda 82, altında 79 proton bulunduğundan, LHC demetindeki kurşun atom çekirdeğinin altına dönüşmesi için 3 protonun kopması gerekiyor
• ALICE, ZDC ile yayılan proton sayısını sayarak kurşun, talyum, cıva ve altın oluşumunu ayırt etti; ALICE çarpışma noktasında altın atom çekirdekleri en fazla saniyede yaklaşık 89.000 adet oranında oluşuyor
• 2015–2018 arasındaki Run 2 boyunca dört ana deneyde yaklaşık 86 milyar altın atom çekirdeği oluştu, ancak kütleleri yalnızca 29 pikogramdı; oluşan altın demet borusuna veya kolimatörlere çarparak anında parçalanıyor

---

Kurşundan altına nükleer dönüşümün ölçülmesi

• ALICE iş birliği, CERN’in Large Hadron Collider tesisinde kurşunun altına dönüşmesini nicelendiren ölçümü Physical Review Journals’ta yayımladı
• Orta Çağ simyasının hayali olan kurşunun altına dönüşmesi kimyasal yöntemlerle mümkün değil; ancak 20. yüzyıl nükleer fiziğinden bu yana ağır elementlerin radyoaktif bozunma veya parçacık çarpışmalarıyla başka elementlere dönüşebildiği biliniyor
• Altın daha önce de yapay olarak üretilmişti; ancak bu ölçüm, LHC’deki kurşun atom çekirdeklerinin yakın geçişli çarpışmalarında gerçekleşen mekanizmayı hedefliyor

Kafa kafaya çarpışmalardan daha sık gerçekleşen yakın geçişli çarpışmalar

• LHC’deki yüksek enerjili kurşun–kurşun kafa kafaya çarpışmaları, Büyük Patlama’dan yaklaşık saniyenin milyonda biri kadar sonra evreni doldurduğu düşünülen sıcak ve yoğun madde hâli olan kuark–gluon plazmasını oluşturabilir
• Daha sık gerçekleşen etkileşimlerde iki atom çekirdeği birbirine “dokunmadan” yan yana geçer; çevredeki güçlü elektromanyetik alanlar foton–foton ve foton–atom çekirdeği etkileşimlerini tetikler
• Kurşun atom çekirdeği 82 proton içerdiğinden elektromanyetik alanı özellikle güçlüdür
• LHC içindeki kurşun atom çekirdekleri, ışık hızının %99,999993’üne karşılık gelen son derece yüksek bir hızla hareket eder
  • Bu hız nedeniyle elektromanyetik alan çizgileri, hareket yönüne dik ince bir pankek şekline sıkışır
  • Bunun sonucunda kısa süreli bir foton darbesi oluşur

Altın atom çekirdeklerinin oluşma süreci

• Bir foton atom çekirdeğiyle etkileştiğinde, çekirdeğin iç yapısındaki titreşimleri uyarabilir; bu süreç elektromanyetik ayrışma olarak adlandırılır
• Elektromanyetik ayrışma az sayıda nötron ve protonun yayılmasına yol açabilir
• LHC demetindeki kurşun atom çekirdeğinden altın üretmek için 82 protondan 3’ünün çıkarılması gerekir
  • Kurşun atom çekirdeği: 82 proton
  • Altın atom çekirdeği: 79 proton
• Şema, iki 208Pb kurşun iyon demetinin çarpışmadan birbirine yakın geçtiği ve foton–atom çekirdeği etkileşimiyle 2 nötron ile 3 protonun yayılarak geride 203Au altın atom çekirdeğinin kaldığı ultra-periferik bir çarpışmayı gösteriyor

ALICE ZDC’nin ayırt ettiği element oluşumları

• ALICE ekibi, foton–atom çekirdeği etkileşiminden sonra yayılan proton sayısını saymak için dedektörün zero degree calorimeters (ZDC) birimlerini kullandı
  • 0 proton ve en az 1 nötron yayılması: kurşun oluşumuyla ilişkilendirildi
  • 1 proton ve en az 1 nötron yayılması: talyum oluşumuyla ilişkilendirildi
  • 2 proton ve en az 1 nötron yayılması: cıva oluşumuyla ilişkilendirildi
  • 3 proton ve en az 1 nötron yayılması: altın oluşumuyla ilişkilendirildi
• Altın oluşumu, talyum veya cıva oluşumundan daha seyrek gerçekleşiyor
• LHC şu anda ALICE çarpışma noktasındaki kurşun–kurşun çarpışmalarında altını en fazla saniyede yaklaşık 89.000 atom çekirdeği oranında üretiyor
• Oluşan altın atom çekirdekleri çarpışma noktasından çok yüksek enerjiyle çıkar ve aşağı akıştaki çeşitli noktalarda LHC demet borusuna veya kolimatörlere çarpar
• Altın atom çekirdekleri bulundukları yerde tekil protonlara, nötronlara ve diğer parçacıklara anında ayrışarak yalnızca son derece kısa bir süre var olur

Üretim miktarı çok küçük, ancak demet kayıplarını anlamak için önemli

• ALICE analizine göre LHC Run 2 dönemi olan 2015–2018 boyunca dört ana deneyde yaklaşık 86 milyar altın atom çekirdeği üretildi
• Kütle olarak bu 29 pikograma, yani 2,9 × 10^-11 g’ye karşılık geliyor
• LHC’de düzenli yükseltmelerle parlaklık sürekli arttığından, Run 3’te Run 2’nin neredeyse iki katı kadar altın üretiliyor
• Toplam üretim miktarı yine de tek bir takı yapmak için gereken miktardan trilyonlarca kat daha az
• ALICE ZDC’nin yetenekleri sayesinde bu analiz, LHC’de altın oluşumu sinyalinin deneysel olarak sistemli biçimde tespit edilip analiz edildiği ilk örnek oldu
• Sonuçlar, elektromanyetik ayrışma teorik modellerini test etmek ve iyileştirmek için kullanılıyor
  • Bu modeller, LHC ve gelecekteki çarpıştırıcıların performansını sınırlayan başlıca etkenlerden biri olan demet kayıplarını anlamak ve öngörmek için kullanılıyor

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• İlgili kısım şu: “ALICE analizine göre LHC Run 2 (2015-2018) sırasında dört ana deneyde yaklaşık 86 milyar altın atom çekirdeği üretildi. Kütle olarak bu 29 pikograma (2,9 ×10-11 g) karşılık geliyor”
  1 ons üretmek için ölçeği trilyonlarca kat büyütmek yeterli olurdu ama kurşunu altına çevirmek—sayısız simyacının hayali—artık bir parçacık hızlandırıcısının yan ürünü haline geldi

  • Hesaplayınca LHC'nin başa baş noktasına ulaşması için altın fiyatının ons başına 48 trilyon×1 trilyon dolar civarında olması gerekiyor
  • Bu ölçek gerçekten akıl almaz. 86 milyar atom çekirdeği ancak 29 pikogram ediyor; 1 gram ise 10^12 pikogram
    1 gram altında 1.000 billion billion altın atom çekirdeği var
  • Kurşunu altına çevirmek parçacık hızlandırıcısının yan ürünü olduysa, işte nihai felsefe taşı bu
  • Birinin hemen nVidia ile iletişime geçmesi lazım. Zaten GPU'lara hızlandırıcı entegre ediyorlar ve Moore yasasından daha iyi ölçeklenebilirliğe de sahipler
  • Asıl aranan yan ürün bu değildi; buradan bakınca, bunu ana hedef yaparlarsa sayıların çok daha yukarı çıkabileceğini düşünüyorum

• Brookhaven National Lab'de doktora tezi araştırması yaptım; orası LHC ağır iyon programının öncülü olan RHIC'in bulunduğu yer
  O dönemde kıdemli bir bilim insanı, yürütülmekte olan program incelemesinde geçen bir konuşmayı aktarmıştı. O sırada RHIC ağır iyon programında altın çarpıştırıyordu ve bir incelemeci, kurşun gibi daha ucuz bir elemente geçilirse maliyet tasarrufu sağlanıp sağlanamayacağını sormuştu. RHIC tarafında kimse ne cevap vereceğini bilememiş. Kesin sayıları hatırlamıyorum ama tüm program süresi boyunca RHIC'in kullandığı altın kabaca 1 miligramdan azdı

  • Eskiden altın atomik katman biriktirme ekipmanı olan bir laboratuvarda çalışmıştım. Tek bir atomik altın katmanı başına küçük bir ücret, sanırım birkaç sent ya da birkaç dolar alıyorlardı
    Wafer'ın yerleştirildiği çan biçimli bir hazne vardı; wafer boyutundan bağımsız olarak haznenin tüm iç yüzeyi altınla eşit biçimde kaplanıyordu. Cihazı işleten teknisyen, kendi numuneleriyle birlikte yüzüğünü de haznenin içine koyardı; yıllar içinde katmanlar biriktikçe yüzüğün giderek “altına dönüşmesini” sağladı
  • Kurşuna geçmiş olsalardı, şimdiye kadar belki birkaç miligram altın üretmiş olabilirlerdi

• Üretilen altın altın-203; radyoaktif ve 1 dakika içinde cıva-203'e bozunuyor. Cıva-203 de radyoaktif. Bildiğimiz altın altın-197
  Bu, kurşunu altına çevirmenin ilk örneği de hiç değil. Kurşunu altın-197'ye dönüştürme işlemi 1980'de zaten gerçekleştirilmişti. Bu tür vakaların tamamında üretim miktarı o kadar küçük ki, kıymetli metal olarak değeri fiilen 0

  • Cıva-203 korkunç bir kombinasyon. Cıva zaten kendi başına yeterince toksik; bir de radyoaktif olmasına hiç gerek yok

• Eğlencesine, LHC ve ALICE'in FCC maliyetini kendi kendine karşılayacak kadar altın üretmesinin ne kadar süreceğini hesapladım. Güncel CHF bazlı altın fiyatıyla 15 milyar CHF varsaydım; üstelik mükemmel koşullarda ve tüm sınırları yok sayarak
  Sonuç, kesintisiz çalışmayla yaklaşık 185 milyar yıl. Karşılaştırma için, evrenin yaşı yaklaşık 14 milyar yıl. Burada Hubble gerilimini yok sayıyorum

  • Altını üretmenin maliyeti, elde edilen altının değerinden daha yüksek olacağı için, fiilen sonsuz zaman süreceğini varsaymak gerekir
  • LHC'nin altın arzını seyreltmesinden endişelenmeye gerek yok. Bunu asteroit madenciliği yapacak
  • Altını aynı yöntemle üreteceklerini varsayıyoruz. Sürecin muhtemelen çok daha iyi hale gelme ihtimali yüksek. Büyüme oranı eklersek ne olur?

• Teknolojik ilerleme tartışmalarını her duyduğumda aklıma bu geliyor. 20. yüzyılın başında da birçok insanın teknolojinin zirvesine yaklaşıldığını düşündüğü iddiası sık sık gündeme gelir; bugün de aynı iddia ortaya atıldığında o hikâye yeniden anlatılır.
  Şu anda bizim o noktaya geldiğimizi düşünmüyorum ama yaklaştığımız sınır, bilginin sınırından çok kaynak ve mühendislik sınırına daha yakın gibi geliyor. Kelimenin tam anlamıyla simya var, ama anlamlı miktarda altın üretme kapasitemiz yok. Bunun nedeni yöntemini bilmememiz değil, pratik olmaması. Malzeme bilimi, kimya, hatta belki fizik, pratik teknoloji açısından gelecekte daha ne kadar şey sunabilir? Elbette çok şey sunacaktır, ama bu alanlardaki teknolojik ilerleme hızının süreceğini sanmıyorum. Tabii doğrudan teknolojiye uygulanmasa bile öğrenilecek muazzam şeyler var.
  Uygulanabilir ve pratik bilginin gerçekten bolca kaldığı yerin biyokimya ve biyoloji olduğunu düşünüyorum. Daha yüzeyi bile kazımadık. Işıktan hızlı yolculuk etmenin yolunu hiçbir zaman bulamayabiliriz; ama bedenlerimizi yüzlerce ya da binlerce yıl durağan halde tutacak şekilde uyarlayabilirsek bu çok da sorun olmayabilir. Biyolojiyi kolayca manipüle edebilir hale gelmenin, nükleer yayılmadan çok daha tehlikeli olduğunu hissediyorum. Her neyse, bu alanların uzmanı değilim.

  • Kesinlikle katılmıyorum. Malzeme bilimi ve kimya hâlâ yalnızca yüzeyi kazımış durumda; çoğunlukla görece basit maddelerin kütlesel özellikleriyle uğraşıyorlar.
    Henüz keşfedilmemiş metamalzemelerin ve moleküler makinelerin tasarım alanı çok geniş.
  • Malzeme bilimi hâlâ büyük ölçüde eğitimli tahminlere, karışımlara ve bileşim ile süreçteki ufacık değişiklikleri durmadan denemeye dayanan bir tür zanaat gibi.
    Bunun nedeni, iyi kuramsal çerçeveler, matematiksel teknikler ve hesaplama gücü olsa bile angström ölçeğinin altında bunun ancak bir yere kadar işlemesi; milimetre ölçeğinin üstünde FEM gibi makine mühendisliği araçları bulunması, ama gerçek malzeme özelliklerinin çoğunun ortaya çıktığı nano-mikro ölçeğin fiilen hesaplanamaz olması. Birkaç atomlu hafif sistemlerin ötesinde ilk ilkelerden malzeme özelliği hesaplamalarının bile hâlâ zor olduğunu düşünüyorum. İleri matematik ve kalkülüste sezgileri güçlü olup bu tür problemleri çözebilen biri olmadığım için, bu alandaki lisansüstü araştırmaların niteliği kişisel olarak bana çekici gelmedi. Yine de yarı iletken fabrikaları ve kataliz laboratuvarları, sistematik ve yinelemeli büyük ölçekli deney yöntemleriyle büyük ilerlemeler kaydetti.
    Nano-mikro ölçekte hesaplanabilirlik sorunu çözülürse, sanayi devrimi ve bilgi teknolojileri devrimiyle kıyaslanabilecek devasa bir değişim yaratır. Biyoloji devriminin de protein manipülasyonu için temelde benzer bir hesaplanabilirliğe ihtiyaç duyduğunu düşünüyorum; ama bakterileri kullanan dolambaçlı yollar da var gibi görünüyor. Son birkaç yılda ara sıra nano-mikro ölçeğin matematiği ve hesaplanabilirliği konusunda ilerlemeye işaret eden makaleler gördüm; bu yüzden teknolojik olarak büyük bir ilerleme olacağı konusunda oldukça umutluyum.
  • Hıh, tekillik önümüzdeki salı falan planlanmıştı ama hâlâ Dyson küresi bile yapamadık.
  • Sahip olduğumuz bilgi ve teknik kapasiteyi gerçek uygulamalara ne kadar zorlayabileceğimiz ilginç bir soru. Çünkü anlayışın ön cephesi ne kadar ileri giderse gitsin, onun ardından uygulanabilirliğin ön cephesi de ilerlemek zorunda.
    İkisi arasındaki ilişkiyi açıklayan bir ilke olup olmadığını düşünmeye değer. Bir zamanlar duvara çarptığımızı hissetmemizin nedeni, demokrasinin yaşadığı belirgin kriz, bilgisayar işlem gücünün sınırları, hizmetlerin içeriden bozulduğu enshitification, hızlı tren gibi işleri başaramama gerçeği, otonom araçlardaki yavaş ilerleme ve şehirlerdeki mevcut binaların uzun süre ayakta kalıp bir gecede cyberpunk tarzına dönüşmeyeceğini fark etmemizdi.
    Ama çağımız demokrasiye yönelik tehditler, pandemi ve savaşla hatırlanmasaydı, bilimsel sınırda gerçekten önemli gelişmelerin yaşandığı bir dönem olarak hatırlanacak rahatlığı bulabilirdik. CRISPR ve AI bile tek başına bir dönemi temsil edecek başarılar olmaya yeter. Bu yüzden asıl noktaya dönersek, bugüne kadarki ilerlemenin, bilginin ön cephesini uygulanabilirliğe dönüştürme becerisinin yakında yavaşlayacağına dair henüz kanıt olmadığını düşünüyorum. Ne demek istediğini anlıyorum ama biraz daha iyimserim.

• Fizikçilerin adi metalleri altına çevirmeye bu kadar takmasının gerçek nedeni acaba LHC miydi diye merak ediyorum.
  Newton hayatının yaklaşık 30 yılını simyaya harcadı; diğer başarıları aslında yan iş sayılırdı.

  • Araştırma fonlarının kesilmesinden endişe ediyorsanız, kurşunu altına çevirmek de bir dolambaçlı yol olabilir.
  • Eğlenceli bir şey gerçekten. Bunun mümkün olduğu uzun zamandır biliniyordu; sadece maliyeti akıl almaz derecede yüksekti.
  • Demek ki Ars Magna hâlâ varlığını sürdürüyor. Simyacıların, doğaya dair dinsel kuramlarını muazzam ölçüde revize etmeleri gerektiği şokunu atlatabilselerdi, modern kimya çağını gerçekten ilginç bulurlardı.
  • https://www.laphamsquarterly.org/magic-shows/miscellany/alch...
  • Belli ki Anunnaki, devasa atmosferik altın projesi için son kozunu oynadı.

• Tarihsel olarak kurşun ile altının neden bu kadar yakından ilişkilendirildiğini merak ediyorum. Simyacılar neden kurşunu altına çevirmeye odaklandı? Demirden ya da kuvars gibi bir taştan başlamamalarının nedeni neydi? Sırf ikisi de ağır ve yumuşak metaller olduğu için mi?

  • O dönemin güçlü teorisi, metallerin yer altında büyüdüğü; metal olmayan şeylerden başlayıp zamanla veya belirli koşullarda daha üstün metallere dönüştüğü ve sonunda altına ulaştığı yönündeydi. Altın paslanmadığı için son nokta olarak görülüyordu.
    O günkü bilgilerle bakınca çok da kötü bir teori değildi. Sonuçta tüm metaller yerden çıkıyor. Kurşunu altına çevirme fikri büyülü düşünceden ziyade, doğal koşulları laboratuvarda yeniden üretip hızlandırma girişimiydi. Bugün yüzlerce farklı şekilde yaptığımız işlere benziyor. Biri başarılı olsaydı, kendi çağının çift yarık deneyi gibi, simya teorisinin doğru olduğunun eksiksiz kanıtı olurdu.
  • Muhtemelen kurşunun sahte paralarda kullanılmış olmasından kaynaklanıyordu. Kurşunun üzerine ince bir altın tabakası kaplama yöntemi.
    Orta Çağ filmlerinde parayı ısırma sahnelerini bilirsiniz; altın mı kurşun mu diye kontrol etme davranışıydı. Bu yüzden kurşun sahteliğin vücut bulmuş hâliydi; sahteyi gerçeğe dönüştürmek gibi.
  • Makalede de şöyle yazıyor:
    “chrysopoeia olarak bilinen bu kadim arayış, donuk gri renkte ve görece bol bulunan kurşunun, güzel rengi ve nadirliğiyle uzun süredir arzu edilen altına benzer yoğunluğa sahip olduğu gözleminden motive olmuş olabilir.”
  • Birine altın kaplama kurşunu gerçek altın diye yutturmak, pirit satıp kandırmaktan daha kolaydır. Ancak altının çok daha yüksek erime noktası ele veren bir ipucudur.
    Simyanın değiştirmeye çalıştığı şey atomik özelliklerden çok, laboratuvarda daha ucuz altın üretmek için erime noktası ve renk gibi altının belirli özelliklerini kurşuna aktarmak olmalıydı.
  • Ağırlıkları “yeterince yakın” olduğu için de olabilir. En azından demirden daha yakın, dolayısıyla birbiriyle yakından ilişkili olduklarını düşünmüş olabilirler. Yani biraz oynayınca parlak, güzel ve yaklaşık %40 daha ağır hâle getirilebileceğini varsaymışlardı.
    Gümüşü altına çevirme girişimleri de kesinlikle olmuştur. Gümüşün ağırlığı daha yakın olduğundan, gereken değişimin de daha küçük olduğunu düşünmüş olmalılar.

• Simyacıların tek ihtiyacı olan şey Büyük Hadron Çarpıştırıcısıymış. Çağlarının çok ötesindelermiş.

  • Sadece daha büyük bir dönüşüm çemberi gerekiyor, gerçekten. Bir dönüşüm çemberi daha olursa organik maddeleri altına çevirebiliriz. Tüm şehrin etrafını saracak şekilde bir kez daha çizmek yeterli.
  • Felsefe taşının halka şeklinde olması ve yerin derinliklerine gömülmesi gerektiğini kim bilebilirdi ki?

• L. Ron Hubbard’ın Mission Earth bilimkurgu serisinde yıllardır aklımda kalan bir sahne var. Dünya’ya sızma görevine hazırlanan başkarakter, aslında neredeyse kötü karakter sayılabilecek biri, kendi şehrinde füzyon santralleriyle dolu bir yere gidip yanında götürmek üzere yüklü miktarda altın sipariş ediyor.
  Sonuçta Dünya ekonomisini çökertecek kadar çok altın oluyor. Ama akılda kalan asıl şey elementleri sipariş üzerine üretme fikri.

  • O miktar 500 tondu ve 80’lerin dolarıyla kabaca 500 milyon dolar ediyordu. Epey büyük para ama Dünya’yı sarsacak kadar değil. Üstelik hepsini kaybetmişti.

• Bu, parçacık hızlandırıcısında bir hedefin doğrudan bombardıman edilmesi değil; CERN’deki yakın geçişli çarpışmalarla kurşunu altına dönüştürmenin yeni bir yolu. Üretilen miktar mikroskobik altı ölçekte ve radyoaktif.