“铅变金”成真？科学家在对撞机中重现炼金术

【导语】在人类悠久的历史长河中，炼金术士们曾怀揣着一个共同的梦想——将廉价的铅转化为珍贵的黄金。然而，这一幻想最终被现代科学归为传说。但令人惊讶的是，2025年，欧洲核子研究中心的科学家们在大型强子对撞机中，竟然成功实现了铅原子核向金原子核的转变。这一壮举并非魔法，而是粒子物理领域的一次重大突破。然而，这场现代版的“点石成金”并未带来致富的捷径，反而揭示了自然界更深层次的奥秘。本文将带您一探究竟，了解科学家们是如何在微观世界中实现这一古老梦想的，并探讨这一发现背后的深远意义。

在人类历史的长河中，无数炼金术士都曾痴迷于一个共同的梦想——将廉价的铅变成珍贵的黄金。他们夜以继日地在炼丹炉边试验，渴望点燃“点石成金”的奇迹。然而，这个被称为炼金术的幻想，最终被现代科学归入传说。

点石成金可以实现吗（图片来源：作者使用AI生成）

然而，就在刚(gāng)刚(gāng)，这(zhè)个(gè)古老的梦想，在现实中竟然被真正“撞”出来了。2025年，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家在大型强子对撞机（LHC）中，成功实现了将铅原子核转变为金原子核的实验。这不是魔法，而是粒子物理在接近光速的世界里展开的一场奇观。
那么问题来了：他们真的“合成”了黄金吗？这是否意味着，未来可以靠实验室“制造金子”致富？为什么一个价值数百亿的超级对撞机，最后只能产出万亿分之一克的金？

科学家是怎么“撞”出黄金的？

要理解这场“炼金术”，我们先得认识一个高能物理设备——大型强子对撞机（LHC）。它是目前世界上最大最强的粒子加速器，位于瑞士和法国交界处的地下隧道里，由欧洲核子研究中心（CERN）运营。

欧洲核子研究中心（图片来源：Wikipedia）

科学家在这里做的事情听起来很疯狂——让两个铅原子核，以接近光速（99.999993%的光速）的速度迎面相撞或擦肩而过！

这(zhè)种特殊的碰撞方式，叫做超外周碰撞。简单来说，两颗铅核没有真的撞上，而是彼此飞掠而过，在强大的电磁力作用下发生了互动。

在这个过程中，其中一个铅核会受到对方电磁场发出的虚光子轰击，就像被一束无形的高能激光射中。这束光子可能会击落铅核中的几个质子和中子。如果利用这种方法将原本含有82个质子的铅原子核，“撞”掉3个质子，就可以将铅原子变成黄金原子（含有79个质子）。这不是魔法，而是核物理中的“核嬗变”现象——元素之间的本质差异，在于它们原子核中的质子数量。

而CERN的大型离子对撞实验（ALICE）正是负责(zé)“数(shù)清(qīng)楚(chu)”这(zhè)些(xiē)质(zhì)子(zi)和(hé)中(zhōng)子有没有真的被撞出来的团队。通过专门的探测器，他们记录到了“铅变金”的反应信号。

黄金真的被合成了吗？答案是——真的合成了！但只合成了一点点，而且还“活不久”。科学家们在ALICE实验中记录到了一种非常罕见的事件：在铅与铅之间的超外周碰撞中，有部分铅原子核在被高能光子击打之后，失去了(le)三(sān)个(gè)质(zhì)子(zi)，变成了金原子核。

原理的展示图(图片来源：https://alice-collaboration.web.cern.ch/2025-alice-lead-to-gold)

换句话说，虽然科学家确实观察到了铅变金的过程，但这并不是一种可以用来炼金或盈利的技术。它的意义在于，我们第一次量化并验证了这一微观物理过程在现实中发生的可行性。

那为什么不能用这种方式制造黄金？

听起来虽然很酷，但用对撞机“炼金”绝不是现实中可行的致富方式。原因主要有以下几点：

① 成本太高了

大型强子对撞机（LHC）的建设和运行成本超过300亿元人民币，而实验四年只“合成”了 860亿个金原子核，约为0.000000000029 克的黄金。按这个效率，你想合成一枚1克的金戒指，得花上几千万年的时间和数万亿的电费。

② 黄金“活不下来”

对撞后形成的金原子核是高能态的，不稳定，会在极短的时间内（小于1微秒）就解体，释放出粒子，彻底消失。

③ 完全无法回收

这些金原子核不会以“固态金子”的形式出现，它们是以高能粒子的形式短暂存在于加速器的真空管道中，无法提取、无法收集、更(gèng)无(wú)法使用。

④ 效率太低

即使一切都不考虑，产生黄金的几率本身也非常低。大多数碰撞的结果是其他元素，比如铊（Tl）或汞（Hg），金只是少数中的少数。

总结一句话：科学上确实可以让铅变成金，但现实中完全划不来，这就像是拿火箭送快递——虽然很快，但没有人会真的这么干。

让铅变成金完全划不来（图片来源：作者拍摄）

总结

从中世纪的“点石成金”幻想，到今天在实验室(shì)中(zhōng)真实上演的“铅变金”，科学家们用技术实现了炼金士的终极梦想，点铅变金。但致富梦想还是那么遥不可及，因为得(de)到(dào)的(de)金(jīn)子(zi)是(shì)微(wēi)量的、瞬间的、不可提取的。原子对撞实验不是一条致富捷径，而是一扇通往自然奥(ào)秘(mì)的(de)大(dà)门(mén)。通(tōng)过(guò)对(duì)撞(zhuàng)机(jī)实(shí)验(yàn)，科(kē)学(xué)家(jiā)不(bù)仅(jǐn)观(guān)察(chá)到了金原子核的短暂生成，还深入理解了原子核结构、电磁相互作用和核嬗变等关键机制。

更重要的是，这项研究超越了“黄金”本身，为粒子物理模型验证、未来电子-离子对撞机的设计，以及高能核反应中粒子发射(shè)规(guī)律(lǜ)的(de)研(yán)究(jiū)，提(tí)供(gōng)了(le)宝(bǎo)贵(guì)的(de)数(shù)据(jù)和(hé)思(sī)路。或(huò)许(xǔ)有(yǒu)一(yī)天(tiān)，人(rén)类(lèi)确(què)实(shí)能(néng)自(zì)由(yóu)的(de)合(hé)成(chéng)各(gè)种(zhǒng)元(yuán)素(sù)，但(dàn)那(nà)时(shí)我(wǒ)们(men)真(zhēn)正渴望的，可能不再是金子本身，而是理解宇宙、塑造未来的能力与勇气。

作者：Denovo科普团队（张玮杰 中国科学院大学博士；杨超 博士）

审核：张丽媛 深圳先进光源研究院副教授

参考文献：

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