Lần đầu tiên phát hiện hiện tượng chì được chuyển thành vàng tại LHC

• Nhóm hợp tác ALICE đã định lượng quá trình chì được chuyển thành vàng thông qua va chạm hạt nhân chì năng lượng cao tại LHC của CERN
• Thí nghiệm này cho thấy trong các va chạm sượt, điện từ trường mạnh khiến proton bị phát ra khỏi hạt nhân chì, từ đó tạo ra một lượng cực nhỏ hạt nhân vàng
• Sử dụng đầu dò ZDC, nhóm đã phân tích có hệ thống việc hình thành chì, thallium, thủy ngân và vàng
• Các hạt nhân vàng được tạo ra chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn, và số lượng của chúng cực kỳ nhỏ, nên không thể dùng để chế tác trang sức thực tế
• Nghiên cứu lần này cung cấp dữ liệu mới có thể giúp kiểm chứng lý thuyết phân ly điện từ và cải thiện hiệu năng của các máy gia tốc trong tương lai

---

Ý nghĩa của thí nghiệm chuyển đổi chì-thành-vàng bằng ALICE tại LHC

• Nhóm hợp tác ALICE đã lần đầu tiên phát hiện và đo đạc một cách có hệ thống bằng thực nghiệm việc chì được chuyển thành một lượng vàng cực nhỏ thông qua thí nghiệm va chạm sượt của hạt nhân chì năng lượng cao tại LHC của CERN
• Nghiên cứu này cho thấy giấc mơ lâu đời của các nhà giả kim thời trung cổ thực sự có thể xảy ra về mặt vật lý hạt nhân, đồng thời đo được một cơ chế chuyển đổi mới

Giấc mơ lâu đời của thuật giả kim và bước tiến của vật lý hạt nhân

• Theo truyền thống, mục tiêu của giả kim thuật là biến chì thành vàng, một kim loại quý, nhưng trên thực tế hai nguyên tố này có những đặc tính hóa học hoàn toàn khác nhau
• Từ thế kỷ 20, người ta phát hiện rằng có thể chuyển đổi qua lại giữa các nguyên tố nặng bằng cách sử dụng phản ứng hạt nhân
• Trước đây cũng từng có ghi nhận về việc tạo vàng nhân tạo, nhưng lần này hiện tượng chuyển đổi được đo định lượng nhờ một cơ chế mới phát sinh trong các va chạm sượt của hạt nhân chì

Va chạm chì tại LHC và sự hình thành hạt mới

• Trong các va chạm trực diện năng lượng cao giữa các hạt nhân chì tại LHC, plasma quark-gluon được tạo ra
• Tuy nhiên, trong các va chạm sượt xảy ra phổ biến hơn, điện từ trường mạnh có thể phát sinh ngay cả khi các hạt nhân không thực sự va vào nhau
• Khi đó, quá trình phân ly điện từ xảy ra; dưới tác động của tương tác photon-hạt nhân, cấu trúc bên trong dao động và phát ra một số ít neutron cùng proton
• Để tạo ra vàng, cần loại bỏ ba proton khỏi hạt nhân chì

Đầu dò ALICE và phép đo sự hình thành vàng

• Trong thí nghiệm ALICE, đầu dò ZDC (Zero Degree Calorimeter) được dùng để phân biệt các loại hạt nhân sinh ra từ tương tác photon-hạt nhân
• Bằng cách này, nhóm đã phân tích cụ thể lượng hạt nhân chì, thallium, thủy ngân và vàng được tạo thành
• Kết quả thực nghiệm cho thấy tại điểm va chạm ALICE của LHC, mỗi giây tạo ra khoảng 89.000 hạt nhân vàng
• Các hạt nhân vàng được tạo ra mang năng lượng rất cao, va vào cấu trúc của LHC và vỡ tan ngay lập tức, nên thời gian tồn tại là cực kỳ ngắn

Lượng vàng tạo ra trong thí nghiệm LHC và ý nghĩa của nó

• Trong giai đoạn LHC Run 2 (2015~2018), ước tính đã tạo ra khoảng 86 tỷ hạt nhân vàng
• Quy đổi theo khối lượng, con số này chỉ tương đương 29 picogram (2.9 ×10^-11 g), nên không thể sử dụng như kim loại quý trong thực tế
• Ở Run 3 mới nhất, lượng vàng tạo ra đã tăng khoảng gấp đôi, nhưng vẫn chưa đủ để làm nổi dù chỉ một món trang sức
• Vì vậy, giấc mơ giả kim thời trung cổ về mặt kỹ thuật đã thành hiện thực, nhưng vẫn rất xa mới trở thành con đường tạo ra của cải

Ý nghĩa của kết quả ALICE và ứng dụng tương lai

• Nhờ ZDC của ALICE, đây là trường hợp đầu tiên phát hiện và đo đạc có hệ thống bằng thực nghiệm tín hiệu tạo vàng tại LHC
• Kết quả này góp phần tinh chỉnh lý thuyết phân ly điện từ, và những lý thuyết như vậy cũng có ý nghĩa thực tiễn trong các lĩnh vực như dự đoán mất mát chùm tia ở LHC và các máy gia tốc tương lai

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Người ta phát hiện rằng trong giai đoạn Run 2 của LHC (2015–2018), khoảng 86 tỷ hạt nhân vàng đã được tạo ra trong bốn thí nghiệm chính, tương đương khối lượng khoảng 29 picogram (2.9 × 10^-11 g); để tạo ra 1 ounce thì phải tăng lên hàng nghìn tỷ lần, nhưng giờ đây việc biến chì thành vàng — giấc mơ lâu đời của các nhà giả kim — đã xảy ra như một hiệu ứng phụ trong máy gia tốc hạt
  • Tính thử thì để LHC hòa vốn, giá vàng phải lên tới 48 triệu nghìn tỷ đô la mỗi ounce
  • Quy mô này thật sự đáng kinh ngạc, 86 tỷ hạt nhân mà chỉ mới là 29 picogram; 1 gram là 10^12 picogram, và trong 1 gram vàng có 100 tỷ tỷ hạt nhân vàng
  • Cuối cùng thì cũng có cảm giác như đã chạm được vào Hòn đá Phù thủy thực sự
  • Vì đó không phải mục đích chính nên mới chỉ được chừng đó; nếu lấy sản xuất vàng làm mục tiêu trọng tâm thì có lẽ còn tạo ra được nhiều hơn nữa
  • Có lẽ phải gọi ngay cho nVidia, công ty này đã tích hợp accelerator vào GPU rồi, lại còn scale giỏi hơn cả định luật Moore
  • Khoan, quên mất là các hạt nhân này chỉ tồn tại trong vài micro giây, vậy nên thực tế không thể scale được, chỉ là một mẹo thôi
  • Không biết người ta đã từng thử biến chì thành vàng bằng cách nào khác chưa
  • Tôi cứ tưởng vàng tạo ra bằng kiểu bắn phá này sẽ có tính phóng xạ
  • Không biết trong vũ khí hạt nhân người ta đã từng làm kiểu chuyển hóa này chưa
  • Không rõ đây có phải tin mới không, nghe câu chuyện này từ lâu rồi
  • Hơi tiếc là họ không đặt tên là ALCHEMY thay vì ALICE
  • Tôi nghĩ khả năng sinh lời rốt cuộc chỉ là vấn đề thời gian thôi, Uber cũng lỗ suốt nhiều năm; chỉ cần đạt được lợi thế kinh tế theo quy mô là được, cứ chờ đi, giả kim thuật sẽ còn tiếp tục, chuyển hóa nguyên tố giờ mới chỉ bắt đầu
  • Không biết nếu Newton còn sống thì ông ấy sẽ nghĩ gì
• Lần này vàng được tạo ra là đồng vị vàng-203; đồng vị này có tính phóng xạ và chỉ sau 1 phút sẽ phân rã thành thủy ngân-203 (cũng là chất phóng xạ). Vàng mà chúng ta quen thuộc là vàng-197. Việc chuyển từ chì sang vàng-197 cũng đã được thực hiện từ năm 1980. Trong mọi trường hợp, lượng vàng thu được theo cách này đều quá nhỏ nên hoàn toàn không có giá trị nội tại với tư cách kim loại quý
• Tôi từng nghiên cứu các bài báo liên quan đến RHIC ở Brookhaven National Lab, nơi này là tiền thân của chương trình ion nặng tại LHC. Khi đó RHIC làm thí nghiệm va chạm vàng, và có một người phản biện hỏi liệu có thể thay bằng nguyên tố rẻ hơn là chì để tiết kiệm ngân sách hay không. Không ai trong nhóm thí nghiệm trả lời được. Tôi nhớ là trong cả đời chương trình đó, tổng số vàng dùng đến còn chưa tới 1 milligram
  • Nếu hồi đó đổi sang chì thì biết đâu lại tạo ra thêm được vài milligram vàng
• Tôi thử tính vui xem LHC và Alice sẽ mất bao lâu để tự tài trợ cho FCC (15B CHF, theo giá vàng) bằng cách sản xuất vàng; với giả định điều kiện hoàn hảo thì cần tới 185 tỷ năm, trong khi vũ trụ này mới chỉ khoảng 14 tỷ năm tuổi (ở đây bỏ qua Hubble tension)
  • Vì chi phí để tạo ra vàng thực tế còn cao hơn giá trị vàng thu được, nên thời gian thực chất là vô hạn
  • Thế nên không cần lo LHC sẽ làm loãng nguồn cung vàng; khai thác tiểu hành tinh còn là biến số đáng kể hơn
  • Đây mới chỉ là xét theo cách sản xuất vàng giống hệt hiện tại; nếu quy trình được cải tiến thì sao, nếu thêm tốc độ tăng trưởng vào thì sẽ thế nào, tôi cũng tò mò
• Mỗi lần nghe bàn về tiến bộ công nghệ tôi lại nghĩ đến điều này: đầu thế kỷ 20 người ta cũng từng nói đã chạm đỉnh công nghệ, và giờ đôi khi cũng vẫn nghe như vậy. Nhưng có cảm giác giới hạn mà ta đối mặt bây giờ không còn là giới hạn tri thức mà là giới hạn tài nguyên và kỹ thuật. Thực tế là việc chuyển chì thành vàng theo kiểu giả kim nay đã khả thi, chỉ là chúng ta không thể tạo ra nó với lượng hữu dụng. Không phải vì không biết làm, mà vì năng suất quá thấp. Tương lai có thể khoa học vật liệu, hóa học và vật lý sẽ mang lại thêm nhiều tri thức thực tiễn, nhưng có lẽ tốc độ tiến bộ công nghệ sẽ không còn nhanh như hiện nay. Thật ra tôi thấy những lĩnh vực có thể áp dụng vào công nghệ ngay lập tức còn nhiều hơn ở hóa sinh và sinh học; các lĩnh vực đó thậm chí mới chỉ bắt đầu. Ngay cả khi không tìm ra cách du hành nhanh hơn ánh sáng, nếu có thể biến đổi cơ thể để duy trì hàng trăm hay hàng nghìn năm thì đó sẽ thành một giới hạn không cần phải vượt qua. Tôi nghĩ khả năng thao túng sinh học theo ý muốn còn nguy hiểm hơn phổ biến hạt nhân rất nhiều, nhưng tôi không phải chuyên gia, chỉ là cảm nhận cá nhân
  • Tôi nghĩ khoa học vật liệu và hóa học vẫn mới chỉ ở giai đoạn khởi đầu; thực ra chúng ta vẫn chủ yếu chỉ đang xử lý các đặc tính của vật liệu khối đơn giản. Không gian thiết kế mới như metamaterial hay máy phân tử là vô hạn
  • Dù đã có khung lý thuyết khá đầy đủ và năng lực tính toán lớn, khoa học vật liệu vẫn rất khó dự đoán thực chất ở thang nano đến micro; phần lớn đột phá vẫn đến từ phương pháp thực nghiệm và thí nghiệm. Nếu lĩnh vực này trở nên giải được bằng toán học, sẽ có một cuộc đổi mới ở cấp độ công nghiệp và CNTT. Cuộc cách mạng sinh học cũng cần năng lực tính toán kiểu đó, và gần đây đã có vài tiến triển nên tôi rất kỳ vọng
  • Nếu bảo chúng ta đã chạm giới hạn tài nguyên và kỹ thuật thì nghe vẫn hơi sớm, khi mà singularity đặc biệt còn đang ở ngay trước mắt mà đến cả quả cầu Dyson chúng ta cũng chưa làm nổi
  • Cốt lõi là ta có thể thực dụng hóa tri thức và công nghệ mình đã biết đến đâu. Đúng là có cảm giác đụng tường vì khủng hoảng dân chủ, giới hạn năng lực xử lý của máy tính, hay sự tự ăn mòn của các nền tảng, nhưng thật ra nếu không có đại dịch, chiến tranh và hỗn loạn xã hội thì thời đại này đã có thể được nhớ đến như một thời kỳ đổi mới khoa học. Chỉ riêng CRISPR và AI cũng đã đủ đại diện cho cả một thời đại. Nhìn chung tôi chưa nghĩ đã đến mức có thể kết luận rằng các lĩnh vực thực dụng đang chững lại mạnh, nên tôi vẫn lạc quan hơn
• Tự nhiên tôi thắc mắc liệu việc các nhà vật lý ám ảnh với chuyện biến kim loại cơ bản thành vàng có phải mới là mục tiêu thật sự của LHC hay không; người ta cũng nói Newton đã dành 30 năm cuộc đời cho giả kim thuật
  • Nếu lo bị cắt ngân sách, thì biến chì thành vàng là một cách giải quyết khá ổn
  • Chuyện này đơn giản là thú vị thôi; từ lâu đã biết là làm được, chỉ có điều quá đắt nên vô dụng về mặt thực tiễn
  • Cũng có một bài viết thú vị về giả kim và giải Nobel
  • Có lẽ đám Anunnaki đang cố làm cú chót cho dự án khai thác vàng khí quyển quy mô lớn
  • Tôi nghĩ Ars Magna vẫn còn sức sống; nếu các nhà giả kim vượt qua được chuyện lý thuyết triết học tự nhiên mang màu sắc tôn giáo của họ cần bị chỉnh sửa tận gốc, thì hẳn họ sẽ thấy thời đại hóa học hiện đại cực kỳ hấp dẫn
• Câu hỏi ngẫu nhiên: xét về lịch sử, vì sao chì và vàng lại gắn với nhau đến vậy, và vì sao các nhà giả kim lại tập trung vào việc chuyển chì thành vàng? Sao không phải sắt hay thạch anh chẳng hạn? Có phải vì cả hai đều nặng và mềm không?
  • Lý thuyết chủ đạo thời đó là kim loại trong lòng đất tự nhiên dần biến đổi thành các kim loại cao cấp hơn, và giai đoạn cuối cùng là vàng. Nỗ lực biến chì thành vàng không phải kiểu tư duy ma thuật, mà là một nỗ lực hợp lý nhằm tái hiện tự nhiên trong phòng thí nghiệm
  • Có lẽ vì chì thường được dùng để làm tiền giả. Có rất nhiều đồng tiền chì mạ vàng, và cảnh cắn đồng vàng trong phim trung cổ chính là vì vậy. Biến nó thành vàng thật là mục tiêu tối hậu
  • Bài báo cũng có nhắc lý do: chì nặng tương tự vàng, còn vàng thì đẹp và hiếm
  • Thực tế người ta từng bán chì mạ vàng để lừa người khác, nhưng do chênh lệch nhiệt độ nóng chảy của vàng nên không thể làm giả hoàn hảo. Giả kim thuật không nhằm thay đổi ở cấp độ nguyên tử mà là thay đổi tính chất như màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, v.v.
  • Có lẽ vì trọng lượng của nó gần với vàng hơn sắt nên bị coi là có quan hệ gần hơn. Người ta cũng từng thử biến bạc thành vàng; có khi vì chỉ cần thay đổi ít hơn nên thấy dễ hơn
  • Có ông bạn từng mê giả kim bảo là khác nhau chỉ có ba proton thôi. Nhưng tôi không chắc các nhà giả kim ngày xưa có biết gì về cấu trúc hạt nhân không
  • Các nhà giả kim thường che giấu công thức của mình nên chì, vàng, thủy ngân v.v. chỉ là tiếng lóng cho vật chất thật. Jabir ibn Hayyan (Geber) cũng ghi chép bằng mật mã riêng, nên bí quyết thật sự đến giờ vẫn còn là điều bí ẩn
  • Chì iodide nhìn bề ngoài gần như giống vàng, có thể cũng liên quan
  • Có lẽ kiểu tư duy là “làm cho nó lấp lánh hơn thì mình sẽ giàu”, chứ họ không nghĩ xa đến chuyện nếu biến chì thành vàng thành công thì tính khan hiếm của vàng sẽ biến mất và giá vàng sẽ sụt
  • Giả kim còn mang ý nghĩa tôn giáo và siêu nghiệm rất lớn, người ta tin rằng tên gọi và thuộc tính của vật trong tự nhiên đều có ý nghĩa biểu tượng. Chuyển hóa kim loại là biểu tượng cho chuyển hóa linh hồn (chì = sa đọa, vàng = thần tính), còn Hòn đá Phù thủy được tin là có thể biến đổi cả linh hồn lẫn vật chất. Đây cũng là cách để lừa tiền các nhà bảo trợ quý tộc vốn khó tiếp cận; có một bài Reddit khá thú vị về chuyện này
• Rốt cuộc họ đã thành công trong việc biến chì thành vàng, nhưng thực tế thì việc hiệu quả và có lời hơn lại là sản xuất thật nhiều card đồ họa, chạy tiền mã hóa, đổ nước ào ào vào để tạo ra tiền kỹ thuật số; thực tại cuối cùng lại giống đủ kiểu mô hình lừa đảo kim tự tháp
• Hóa ra thứ các nhà giả kim cần chỉ là một máy gia tốc hạt khổng lồ; họ đã đi trước thời đại của mình rất xa
  • Ý là Hòn đá Phù thủy phải được chôn dưới lòng đất theo dạng một cái ‘vòng’ chăng
  • Một câu đùa kiểu “chỉ cần một vòng chuyển hóa lớn hơn một chút nữa”, cứ vận hành đến khi có thể vẽ vòng tròn quanh cả thành phố rồi biến vật chất hữu cơ thành vàng
• Nhiều người đang tính toán hiệu quả kinh tế ở đây, nhưng vàng được tạo ra thực tế là một đồng vị không ổn định với chu kỳ bán rã tính bằng vài giây; trước đây cũng đã có nhiều thí nghiệm như thế này rồi. Trước cả khi bàn đến kinh tế, trước tiên phải tìm ra cách tạo được đồng vị bền duy nhất trong số khoảng 40 đồng vị đã tồn tại đã