在大型强子对撞机实验中，堪萨斯大学的科学家实现了现代炼金术的短暂奇迹——将铅转化为金的过程仅持续了不到一秒。通过超外围碰撞技术（离子束近乎擦肩而过时通过高能光子交换产生相互作用），他们成功从原子核中击出质子，创造出短暂存在的新元素。这一突破性成果不仅引发全球关注，更有助于未来设计更安全、更先进的粒子加速器。
至少持续了若干分之一秒。科学家们将研究成果发表在《物理评论》期刊上。
这项成就是在大型强子对撞机内完成的——这台全长17英里的粒子加速器深埋在法国与瑞士边境地下，实验发生在名为ALICE的精密探测器内，这个科学装置的体积约相当于一栋豪宅。
来自堪萨斯大学的ALICE实验团队开发了这项追踪质子与离子间"超外围碰撞"的技术，正是这种碰撞使大型强子对撞机内的铅元素转化成了金元素。
"通常在碰撞实验中，我们让粒子相互撞击产生大量碎片，"ALICE项目堪萨斯大学团队负责人、物理学教授丹尼尔·塔皮亚·塔卡基说，"但在超外围碰撞中，我们关注的是粒子未直接接触时的相互作用。这些是擦肩而过的邂逅——离子距离足够近会发生相互作用，但并未实际接触，不存在物理重叠。"
在大型强子对撞机隧道中高速运行的离子是携带多个质子的重原子核，每个质子都会产生强大电场。当这些带电离子被加速时，会释放出光子——它们会发光。
"当带电粒子被加速到接近光速时，它就开始发光，"塔皮亚·塔卡基解释道，"一个离子发出的光可以给另一个离子'拍照'。当这种光能量足够高时，就能深入探测另一个原子核内部，就像高能闪光灯一样。"
这位堪萨斯大学研究员表示，在这些超外围碰撞的"闪光"过程中，可能发生令人惊奇的相互作用，包括那个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干涉——我们称之为光子-光子碰撞，"他说，"这类事件异常'干净'，几乎不产生其他物质。与典型的粒子对撞形成鲜明对比——后者会产生四处飞溅的粒子簇。"
然而ALICE探测器和大型强子对撞机原本是为收集正面碰撞数据设计的，这类碰撞会产生杂乱的粒子簇。
"早期实验装置很难捕捉到这类干净的相互作用，"塔皮亚·塔卡基指出，"我们堪萨斯大学团队开创了研究这些现象的新技术。多年前当这个领域还冷门时，我们就开始积累相关专业知识。"
这些方法最终促成了轰动性的发现：通过超外围碰撞，大型强子对撞机团队在瞬间将铅转化为金——铅离子失去三个质子（使微量铅转变为微量金）的状态持续了若干分之一秒。
论文合著者包括堪萨斯大学研究生安娜·比诺伊、阿姆里特·高塔姆；博士后研究员托马索·伊西多里；博士后研究助理阿尼萨·卡顿；以及研究科学家尼古拉·米纳夫拉。
ALICE实验中的堪萨斯大学团队计划继续研究超外围碰撞。塔皮亚·塔卡基表示，虽然黄金的制造过程吸引了公众目光，但理解这些相互作用的潜力更为深远。
"这种光的能量极高，能将质子击出原子核，"他描述道，"有时击出一个，有时两三个，甚至四个质子。我们的探测器可以直接观测这些被击出的质子。"
每移除一个质子就会改变元素种类：移除一个得到铊，两个得到汞，三个得到金。
"这些新原子核寿命极短，"他补充说，"它们会迅速衰变，但并非总是立即发生。有时会沿束流管线运动并撞击对撞机部件——从而触发安全系统。"
这正是这项研究超越新闻价值的意义所在。
"考虑到欧洲和中国正在规划比大型强子对撞机更庞大的未来对撞机——有些周长将达到100公里，我们必须理解这些核反应副产品，"塔皮亚·塔卡基强调，"这种'炼金术'可能对下一代机器的设计至关重要。"
本研究获得美国能源部科学办公室核物理办公室资助。