Modern simyanın sınırları zorlandı! Kurşun altına dönüştü

Fransa-İsviçre sınırının derinliklerinde yer alan ve dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarlarından biri olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) gerçekleştirilen çarpıcı bir deney, bilim dünyasında yankı uyandırdı. 30 Temmuz 2025'te ALICE deneyini yürüten araştırmacılar, kurşun iyonlarının çarpışmalar sırasında saniyenin trilyonda biri kadar kısa bir süre için altına dönüştüğünü açıkladı. Uzun yıllar boyunca efsanelere konu olan simya hayalini bilimsel gerçekliğe taşıyan bu gelişme, parçacık fiziğinde çığır açan yeni bir dönemi başlattı. Deneyde, kurşun iyonlarının birbirine yaklaşmasıyla oluşan elektromanyetik etkileşimler sonucu, kurşun çekirdeğinden üç protonun uzaklaştırılmasıyla geçici olarak altın-205 izotopu meydana geldi. Bu olay, modern simyanın laboratuvar ortamında mümkün olabileceğini gösterdi ve nükleer fizik ile hızlandırıcı teknolojilerinde önemli sonuçlar doğurdu.

ALICE deneyiyle kurşundan altına dönüşümün şifreleri çözüldü

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda ALICE deneyi kapsamında yürütülen çalışmalar, kurşun iyonlarının ışık hızına yakın bir hızda çarpıştırılmasıyla gerçekleştirildi. Araştırma ekibi, iyonların sadece birbirine sürtündüğü ultraperiferik çarpışmalarda, güçlü elektromanyetik alanların etkisiyle çok temiz, neredeyse yan ürün bırakmayan etkileşimler gözlemledi. Bu çarpışmalarda, Weizsäcker Williams yöntemiyle tanımlanan yüksek enerjili fotonlar, çekirdekten bir ila üç protonun kopmasına yol açtı. Özellikle üç protonun çekirdekten ayrılması, kurşun-208'in çok kısa bir süreliğine altın-205'e dönüşmesine neden oldu. Bu dönüşüm, yaklaşık 10⁻²³ saniye sürdü ve ileri kalorimetrelerde net bir sinyal bıraktı. Kansas Üniversitesi'nden fizik profesörü ve ALICE deneyinin lideri Daniel Tapia Takaki, bu bulgunun modern simya kavramının bilimsel olarak gerçekliğe kavuştuğunu vurguladı. Deneyin sonuçlarına göre, altın üretim kesit alanı 6.8 barn olarak ölçüldü. Bu değer, aynı enerji seviyesindeki sıradan kurşun-kurşun etkileşimlerinin toplam inelastik oranının yalnızca yüzde 12 altında kaldı. Yani her hadronik iyon çarpışmasında, kurşun iyonlarının sessizce altına dönüşme ihtimali sanılandan çok daha yüksek çıktı.

Kritik veriler geleceğin hızlandırıcılarını şekillendirecek

ALICE deneyinde toplanan veriler, sadece kurşundan altına dönüşümle sınırlı kalmadı. Araştırmacılar, 0'dan 3'e kadar olan proton kanallarını ayrıntılı şekilde ölçtü. 0 proton kanalı için 157.5 barn, 1 proton kanalı için 40.4 barn ve 2 proton kanalı için 16.8 barn gibi değerler kaydedildi. Bu sonuçlar, RELDIS fotonükleer modeliyle yüzde 25 oranında örtüştü veya bazı durumlarda modelin öngördüğünü aştı. Ancak özellikle tek proton kanallarında mevcut modellerin yetersiz kaldığı, denge öncesi emisyon ve nükleon birleşimi gibi süreçlerin daha iyi anlaşılması gerektiği ortaya çıktı. ALICE işbirliği, nötr ve yüklü parçacıkların izlenmesi için sıfır derece kalorimetrelerini kullandı ve KU ekibi, özel bir veri seti izole ederek 2.05 milyon tetikleyiciden iki milyon olayı analiz etti. Monte Carlo simülasyonları, hadronik olayların foton kaynaklı sinyale katkısının yüzde birin altında olduğunu gösterdi. Böylece, elde edilen verilerle modern simyanın temel dinamikleri net bir şekilde ortaya kondu.

Altın ötesi: LHC'de yeni elementlerin izleri sürülüyor

Çalışmada elde edilen bulgular, sadece altın üretimiyle sınırlı kalmadı. Yakın mesafe çarpışmalarında cıva, talyum ve platin gibi farklı izotopların da oluşabileceği gösterildi. Bu yeni izotoplar, benzersiz bozunma yolları ve nükleer yapı hakkında önemli bilgiler sunuyor. Ayrıca, ışıkla ışık saçılması, aksiyon benzeri parçacık arayışları ve nükleer uyarım çalışmaları gibi alanlarda da bu temiz çarpışma ortamının büyük avantajlar sağladığı belirtildi. Daniel Tapia Takaki, özellikle hızlandırıcıda kaybedilen her bir iyonun günlerce süren hızlandırıcı süresi ve yüksek maliyet anlamına geldiğini, bu nedenle yeni nesil çarpıştırıcıların tasarımında bu tip veri ve analizlerin kritik öneme sahip olduğunu belirtti. Gelecekte planlanan 27 TeV yükseltmeleri ve 100 kilometre uzunluğundaki Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı gibi projelerde, elde edilen kayıp haritaları ve foton kaynaklı çekirdek parçalanması verileri, makine mühendislerinin güvenlik ve verimlilik için temel referansı olacak.