Wat middeleeuwse alchemisten eeuwenlang tevergeefs probeerden, gebeurt dagelijks in de Large Hadron Collider (LHC) in Genève, de grootste deeltjesversneller op aarde. Min of meer.
Onderzoekers van de ALICE-samenwerking bij de LHC hebben aangetoond dat in de deeltjesversneller loodkernen soms spontaan een paar protonen kwijtraken en zo, heel kortstondig, veranderen in goudkernen. Het klinkt als magie, maar de reden is simpel: de loodkernen raken elkaar nét niet en de krachtige elektrisch geladen flitsen rondom hen rukken drie protonen los.
Schudden met looddeeltjes
De ontdekking is boeiend omdat chemische reacties dit nooit voor elkaar krijgen. Pas sinds de twintigste eeuw weten we dat je atomen kunt omvormen door er onder meer met extreem kleine deeltjes op te mikken. In het LHC-experiment vliegen loodkernen met 99,999993 procent van de lichtsnelheid voorbij elkaar. Dat levert zó’n ongelofelijke kracht op dat rondom iedere kern een verdikking ontstaat in de vorm van een bliksemsnelle schijf van lichtdeeltjes (ofwel fotonen). Die fotonen kunnen de kern zo hard laten schudden, dat er bouwstenen uit vallen: soms een paar neutronen, maar sporadisch ook precies drie protonen.
Geen lang leven beschoren
De onderzoekers hebben met speciaal ontworpen meetkamers, zogeheten zero degree calorimeters, het aantal keren geteld dat er precies nul, één, twee of drie protonen samen met ten minste één neutron werden uitgestoten. Wanneer dit gebeurde, zagen ze hoe kortstondig goudkernen bestonden. Meteen na hun ontstaan raakten ze de wand van de versneller en ontploften de kernen weer in losse deeltjes. Naast goud ontstaan tijdens deze botsingen ook andere elementen zoals thallium en kwik.
0,0000003 eurocent aan goud
Het is wel heel belangrijk om te benadrukken dat de hoeveelheid geproduceerde goudkernen echt minuscuul is. Je kan er nog geen speldenkop van maken. In totaal creëerde ALICE tijdens de derde run van de LHC (2015–2018) zo’n 86 miljard gouden kernfragmenten. Dat klinkt als veel, maar dat is het helemaal niet. 1 gram goud bevat namelijk ongeveer 3.060 miljard miljard atomen. Met de huidige goudprijs van ongeveer 95 euro per gram zou dat betekenen dat alle LHC-goud bij elkaar ongeveer 0,0000003 eurocent waard zou zijn, indien het überhaupt mogelijk was om het op te slaan. Rijk zal niemand hier dus van worden.
Goed voor de wetenschap
Hoewel dit alles puur van wetenschappelijk belang is, helpt het CERN-team hiermee wel om modellen te verbeteren die voorspellen hoe straaltjes van geladen deeltjes in grote versnellers verloren gaan. Zulke inzichten zijn cruciaal voor de toekomstige generatie deeltjesversnellers, waaronder de geplande Electron–Ion Collider in de Verenigde Staten en de voorgestelde Future Circular Collider in Zwitserland. In deze toekomstige reactoren wil men heel precies kijken naar de binnenkant van atoomkernen, en dan wil je niet dat deeltjes die uit de kern vallen je detectoren vervuilen.
Hoe lang duurt het dan om een ring te maken?
De komende jaren krijgt de LHC weer upgrades en zal de golvende lichtschijf rond de loodkernen nóg krachtiger worden. Daarmee neemt ook de goudproductie toe, maar de hoeveelheid blijft verwaarloosbaar. Zelfs met de verbeterde prestaties van de nieuwste versie van de LHC zou je langer moeten wachten dan het universum oud is om genoeg goud te hebben voor één ring. Het zou namelijk ongeveer 140 miljard jaar duren om 1 gram goud te maken. Een typische gouden ring weegt ongeveer 5 gram, dus reken op zo’n 50 keer de leeftijd van het universum voordat de eerste LHC-ring klaar zou zijn. En laten we maar zwijgen over de kostprijs…
