在大型强子对撞机实验中，堪萨斯大学的科学家们实现了现代炼金术的短暂形态——将铅转化为金的过程仅持续了不到一秒。通过超周边碰撞技术（离子束以极近间距交错而过，通过高能光子交换产生相互作用），他们成功将质子从原子核中撞击脱离，创造出全新的短寿命元素。这一突破性成果不仅引起全球关注，更有望为未来设计更安全、更先进的粒子加速器提供关键参考。
至少持续了百万分之一秒。科学家们在《物理评论》杂志上报告了他们的成果。
这项成就是在大型强子对撞机（LHC）上取得的。这台长达27公里的粒子加速器深埋于法瑞边境地下，其内部一个名为ALICE的精密灵敏探测器（该科学仪器的尺寸约相当于一座大型豪宅）完成了此次实验。
正是堪萨斯大学（KU）参与ALICE实验的科学家们，开发出了追踪质子与离子间"超周边"碰撞的技术，从而在LHC中实现了金的生成。
"通常在粒子对撞实验中，我们让粒子相互撞击以产生大量碎片，"ALICE实验中堪萨斯大学团队负责人、物理学教授丹尼尔·塔皮亚·塔卡基（Daniel Tapia Takaki）解释道。"但在超周边碰撞中，我们关注的是粒子未直接撞击时发生的现象。这是一种擦肩而过的情形——离子近距离通过足以相互作用，却未发生实体接触，不存在物理重叠。"
在LHC隧道中高速运行的离子是拥有多个质子的重核，每个质子都会产生强大电场。当这些带电离子被加速时，会发射光子——即发光现象。
"当带电粒子被加速至接近光速时，它就开始发光，"塔皮亚·塔卡基说。"一个离子发出的光本质上能为另一个离子拍照。当这束光能量足够高时，就能深入探测另一个原子核内部，如同高能闪光灯。"
这位堪萨斯大学研究员表示，在这些超周边碰撞（UPC）的"闪光"期间，可能发生令人惊讶的相互作用，包括引发全球关注的罕见事件。
"有时两个离子发出的光子会相互碰撞——我们称之为光子-光子碰撞，"他说。"这类事件极其纯净，几乎不产生其他物质。这与典型的粒子碰撞形成鲜明对比——后者会产生四处飞溅的粒子簇射。"
然而ALICE探测器和LHC最初是为收集导致混乱粒子簇射的正面碰撞数据而设计的。
"早期实验装置难以探测到这类纯净的相互作用，"塔皮亚·塔卡基指出。"我们堪萨斯大学团队开创了研究它们的新技术。多年前当这还是个冷门领域时，我们就开始积累相关专业知识了。"
这些方法最终促成这项轰动性发现：LHC团队通过超周边碰撞，使铅离子在百万分之一秒内失去三个质子（将微量铅转变为微量金），从而实现铅到金的瞬时嬗变。
该论文中塔皮亚·塔卡基的堪萨斯大学合著者包括：研究生安娜·比诺伊（Anna Binoy）；研究生阿姆里特·高塔姆（Amrit Gautam）；博士后研究员托马索·伊西多里（Tommaso Isidori）；博士后研究助理阿妮莎·卡顿（Anisa Khatun）；以及研究科学家尼古拉·米纳弗拉（Nicola Minafra）。
参与LHC ALICE实验的堪萨斯大学团队计划继续研究超周边碰撞。塔皮亚·塔卡基表示，虽然金的生成吸引了公众目光，但理解这些相互作用的潜力更为深远。
"这种光子能量极高，能将质子从原子核中撞击出来，"他解释道。"有时一个，有时两个、三个甚至四个质子。我们的探测器可以直接观测到这些被弹出的质子。"
每移除一个质子都会改变元素性质：移出一个变为铊，两个变为汞，三个则生成金。
"这些新生成的原子核寿命极短，"他说。"它们会迅速衰变，但并非瞬时消失。有时它们会沿束流管线运动并撞击对撞机部件——从而触发安全系统。"
这正是该研究超越新闻价值的重要意义所在。
"鉴于欧洲和中国正规划建造比LHC更大的未来对撞机——有些周长甚至达100公里——我们必须理解这些核反应副产物，"塔皮亚·塔卡基强调。"这种'炼金术'可能对设计下一代装置至关重要。"
本研究由美国能源部科学办公室核物理办公室资助支持。