LHCで鉛が金に変換される現象を初めて検出

• ALICE共同研究チームが、CERNのLHCにおける高エネルギー鉛原子核衝突を通じて、鉛が金へ変換される過程を定量的に測定した
• この実験は、近接衝突時に強力な電磁場によって鉛原子核から陽子が放出され、ごく微量の金原子核が生まれることを示した
• ZDC検出器を用いて、鉛、タリウム、水銀、金の生成有無を体系的に分析した
• 生成された金原子核はごく短時間しか存在せず、その量も極微量であるため、実際の宝飾品製作には及ばない
• 今回の研究は、電磁解離理論を検証し、将来の加速器の性能改善に貢献しうる新たなデータを提供する

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LHCでALICEが行った鉛-金転換実験の意義

• ALICE共同研究チームは、CERNのLHCで高エネルギー鉛原子核の近接衝突実験を通じて、鉛がごく微量の金へ変換されることを実験的に初めて体系的に検出した
• この研究は、中世の錬金術師の長年の夢が核物理学的には現実に可能であることを示し、新たな転換メカニズムを測定した

錬金術の長年の夢と核物理学の進展

• 伝統的に、鉛を貴金属である金に変えることが錬金術の目標だったが、実際には両元素はまったく異なる化学的特性を持つ
• 20世紀に入って、核反応を利用して重元素同士の相互変換が可能であることが発見された
• 過去にも人工的に金を作った記録はあるが、今回は鉛原子核の近接衝突で発生する新しいメカニズムによる転換現象を定量的に測定した

LHCにおける鉛衝突と新たな粒子生成

• LHCで鉛原子核同士が高エネルギーで正面衝突すると、クォーク・グルーオン・プラズマが生成される
• しかし、より一般的に起こる近接衝突では、原子核同士が実際にぶつからなくても強い電磁場が発生する
• このとき電磁解離の過程が起こり、光子-原子核相互作用によって内部構造が振動し、少数の中性子と陽子が放出される
• 金の生成には、鉛原子核から3個の陽子の除去が必要となる

ALICE検出器と金生成の測定

• ALICE実験では、ZDC(Zero Degree Calorimeter) 検出器を活用して、光子-原子核相互作用で生成された核種を識別した
• この方法により、鉛、タリウム、水銀、金の原子核生成量を具体的に分析した
• 実験の結果、LHCのALICE衝突点では毎秒約89,000個の金原子核が生成されると測定された
• 生成された金原子核は非常に高いエネルギーでLHCの構造物に衝突して直ちに砕け散り、その存在時間はきわめて短い

LHC実験における金生成量とその意味

• LHC Run 2期間（2015〜2018年）には、約860億個の金原子核が作られたと集計された
• 質量に換算するとわずか29ピコグラム（2.9 ×10^-11 g）にすぎず、実際の貴金属として活用することはできない
• 最新のRun 3では金生成量が約2倍に増えたが、それでもなお宝飾品1つすら作れない水準にとどまる
• これにより、中世錬金術の夢は技術的には実現したものの、富の実現とは程遠い現実であることが示された

ALICEの結果の意義と今後の応用

• ALICEのZDCにより、今回の分析はLHCでの金生成シグナルを体系的かつ実験的に初めて検出・測定した事例となった
• 今回の結果は、電磁解離理論の精密化に貢献し、この理論はLHCおよび将来の加速器におけるビーム損失予測など実務面でも重要性を持つ

[GN⁺]

Hacker Newsのコメント

• LHCのRun 2期間（2015〜2018年）に4つの主要実験で約860億個の金原子核が生成されたことが分かった。質量では約29ピコグラム（2.9 ×10^-11 g）に相当する。1オンスを作るには数兆倍に増やす必要があるが、これで錬金術師たちの長年の夢だった鉛を金に変えることが、粒子加速器で副次的に起きていることになる
  • 計算してみたら、LHCが損益分岐に達するには金価格が1オンスあたり4800京ドルにならないといけない
  • このスケールは本当に驚異的で、860億個の原子核でもたった29ピコグラムにしかならない。1グラムは10^12ピコグラムで、金1グラムには1,000億億個の金原子核がある
  • ついに本物の賢者の石を手に入れたような気分だ
  • 本来の目的ではなかったからあの程度だったのであって、もし金の生産を主目的にすれば、もっと大量に作れるのではないかと思う
  • nVidiaに早く電話したほうがよさそうだ。この会社はすでにGPUにacceleratorを統合しているし、ムーアの法則以上にスケーリングがうまい
  • いや待て、これらの原子核はマイクロ秒しか存在しなかったのを忘れていた。実際にはスケールできない、ただのトリックだ
  • 他の方法で鉛を金に変えたことがあるのか気になる
  • こうした照射でできた金は放射性を持つものだと思っていた
  • 核兵器でもすでにこういう変換を試したことがあるのだろうか
  • これが新しいニュースなのか分からない。かなり前から聞いたことがある話だ
  • ALICEではなくALCHEMYと名付ければもっとよかったのにと思ってしまう
  • 収益化は結局時間の問題だと思う。Uberだって何年も利益を出せなかった。規模の経済さえ達成できれば待てばいい。アルケミーは続く見込みで、元素変換はまだ始まったばかりだ
  • ニュートンが今生きていたら何を思っただろうか
• 今回生成された金は金203の同位体で、この同位体は放射性を持ち、1分で水銀203（これも放射性物質）に崩壊する。私たちが知る金は金197であり、鉛から金197への変換も1980年にすでに実現している。どの場合でも、こうして得られた金の量はあまりに少なく、貴金属としての本来の価値はまったくない
• 私はBrookhaven National LabでRHIC関連の論文研究をしていたことがある。あそこはLHC重イオン計画の前身だ。当時RHICでは金衝突実験をしていたのだが、査読者が、もっと安い元素である鉛に置き換えれば予算を節約できるのではないかと尋ねてきた。実験チームの誰も答えられなかった。生涯のプログラム全体で使った金は1ミリグラムにも満たなかったと記憶している
  • もしあのとき鉛に置き換えていたら、むしろ金を数ミリグラム余計に作れていたかもしれない
• 面白半分で、LHCとAliceがFCC（150億CHF、金相場基準）の資金を金生産で賄うにはどれくらいかかるか計算してみた。完全な条件を仮定しても、なんと1850億年必要だ。この宇宙はせいぜい約140億年しか経っていない（ここではハッブルテンションは無視する）
  • 金を生産するコストのほうが実際に得られる量より大きいので、実質的には期間は無限だ
  • だからLHCが金供給を希薄化する心配はしなくていい。むしろ小惑星採掘のほうが意味のある変数だ
  • 今とまったく同じ方法で金を生産しようとする場合だけを考えているが、工程が改善されたらどうなるのか、成長率を加えるとどうなるのか気になる
• 技術発展の議論を聞くたびにこう思う。20世紀初頭にも技術は頂点に達したと言われていたし、今でも時々そういう話を聞く。でも今私たちが直面している限界は、知識よりも資源とエンジニアリングの限界のように感じる。実際、錬金術的な金変換は可能になったが、実用量を作る能力がない。どうやるか分からないのではなく、生産性が低すぎるのが問題だ。今後、材料科学、化学、物理学がさらに多くの実用知識を与えてくれるかもしれないが、技術進歩の速度は今ほど速くはない気がする。実際、今すぐ技術に応用しやすい分野は生化学や生物学のほうに多いと思う。その分野はまだ始まったばかりだ。たとえ超光速移動の方法を見つけられなくても、身体を何百年、何千年と保てるように変えられるなら、超える必要のない限界になるかもしれない。生物学を自由に操作することは核拡散よりずっと危険だと思う。専門家ではなく、ただの個人的な感想だ
  • まだ材料科学と化学は始まったばかりだと思う。私たちは実際には単純なバルク材料の特性しか扱っていない。メタマテリアルや分子機械のような新しい設計空間は無限にある
  • 材料科学は十分な理論的フレームワークと計算能力があっても、ナノ〜マイクロスケールでは実質的な予測が難しい。主に経験的手法と実験で突破してきた分野だ。ここが数学的に解けるようになれば、産業やIT並みの革新が起きるだろう。バイオ革命にもこうした計算可能性は不可欠だ。最近は関連する進展も少しずつ出てきていて、大いに期待している
  • 資源や工学的限界に達したと言うには、まだ特異点が目前にあるかもしれないし、ダイソンスフィアすら作れていないのだから、不満を言う段階ではないと思う
  • 知っている知識と技術をどこまで実用化できるかが肝心だ。民主主義の危機、コンピュータ処理能力の限界、プラットフォームの自己侵食などで壁を感じることはあるが、実際、パンデミックや戦争、社会的混乱さえなければ、今の時代は科学革新の時代として記憶されていたはずだ。CRISPRとAIだけでも一つの時代を代表するに足る。全体として、まだ実用分野で急激な鈍化が起きたと断定する段階ではないように思う。だから私はもう少し楽観的だ
• 物理学者たちが卑金属を金に変えることに執着していたのがLHCの本当の目的だったのではないかと思えてくる。ニュートンも生涯で30年を錬金術に費やしたと言われている
  • 予算削減が心配なら、鉛を金に変えるのはよい解決策だ
  • これは単に面白い話というだけだ。前から可能ではあったが、高価すぎて実用性がなかった
  • アルケミーとノーベル賞に関する面白い記事もある
  • たぶんアヌンナキが大規模な大気中金採取プロジェクトのために崖っぷちの試みをしているのだろう
  • Ars Magnaはいまだに生命力を持っていると思う。錬金術師たちが、自分たちの宗教的な自然哲学の理論に根本的な修正が必要だという点さえ受け入れられれば、現代化学の時代を非常に興味深く見たはずだ
• 素朴な疑問だが、歴史的にどうして鉛と金がそこまで結び付けられたのか、なぜ錬金術師たちは鉛から金への変換にこだわったのか気になる。鉄や石英ではなかったのはなぜなのか。たぶんどちらも重くて柔らかいからなのだろうか
  • 当時の主要な理論は、金属は地中で自然に徐々により高級な金属へと変わっていき、最終段階が金だというものだった。鉛を金に変えようとしたのは魔術的思考ではなく、自然を実験室で再現しようとする合理的な試みだった
  • 偽造硬貨に鉛が主に使われていたからだと思う。金メッキした鉛貨が多く、中世映画で金貨を噛む場面があるのもそのためだ。鉛を本当に変えることがultimate goalだった
  • 記事でも理由に触れていて、鉛が金と同じくらい重く、金の美しさと希少性があるからだとしている
  • 実際に金メッキした鉛をだまして売ることはあったが、金とは融点が違うため完璧な偽造は不可能だった。錬金術は原子レベルではなく、性質（色、融点など）を変えようとする試みだった
  • おそらく重さが鉄より金に近いので近縁だと考えたのだろう。銀を金に変えようとする試みもあった。むしろ変更が少なくて済むので簡単だと思われたのかもしれない
  • 錬金術にハマっていた友人が、違いは陽子3個だけだと言っていた。でも昔の錬金術師たちが核構造を知っていたとは思えない
  • 錬金術師たちは自分のレシピを隠そうとしていたので、鉛、金、水銀などは実際の物質の隠語だった。ジャービル・イブン・ハイヤーン（ゲベル）も独自の暗号で記録していた。本当の秘法は今もなおベールに包まれている
  • ヨウ化鉛は見た目がほとんど金に近く、これと関係があるのかもしれない
  • 「もっと輝かせれば金持ちになれる」という発想だったのだろう。金本位の経済があり、鉛を金に変えることに成功したら金の希少性が消えて価格が下がる、というところまでは考えなかったのだと思う
  • 錬金術には宗教的・超越的な意味も大きく、自然物の名前や性質そのものに象徴的意味があると信じられていた。金属の変換は魂の変換の象徴でもあった（鉛＝堕落、金＝神性）。賢者の石は魂と物質の両方を変えると信じられていた。接触しにくい貴族の後援者をだます手段でもあった。これに関する面白いReddit投稿もある
• 結局、鉛を金に変えることには成功したが、現実的にはもっと効率的で儲かるのは、グラフィックカードを大量に作って暗号通貨を回し、水を大量投入してデジタル通貨を生産することだという話に行き着く。現実は多くのねずみ講のような構造に似た結果になっている
• 結局、錬金術師たちに必要だったのは巨大粒子加速器だったわけだ。彼らは時代をはるかに先取りしていた
  • 賢者の石（Philosopher's Stone）は地中に「リング」状で埋まっていなければならなかったという含みだ
  • 「もう少し大きい変換陣が必要だ」という冗談で、都市全体に円を描いて有機物を金に変えられるようになるまで回し続けようという話だ
• 多くの人がここで経済計算をしているが、実際に生成された金は半減期が数秒単位の不安定な同位体だ。すでに何度もこうした実験は行われている。経済性を論じる前に、約40種のうち唯一存在する安定同位体を作る方法をまず見つける必要がある