“铅变金”成真？科学家在对撞机中重现炼金术

【导语】在人类悠久的历史长河中，炼金术士们曾怀揣着一个共同的梦想——将廉价的铅转化为珍贵的黄金。然而，这一幻想最终被现代科学归为传说。但令人惊讶的是，2025年，欧洲核子研究中心的科学家们在大型强子对撞机中，竟然成功实现了铅原子核向金原子核的转变。这一壮举并非魔法，而是粒子物理领域的一次重大突破。然而，这场现代版的“点石成金”并未带来致富的捷径，反而揭示了自然界更深层次的奥秘。本文将带您一探究竟，了解科学家们是如何在微观世界中实现这一古老梦想的，并探讨这一发现背后的深远意义。

在人类历史的长河中，无数炼金术士都曾痴迷于一(yī)个共同的梦想——将廉价的铅变成珍贵的黄金。他们(men)夜(yè)以(yǐ)继(jì)日(rì)地(de)在(zài)炼(liàn)丹(dān)炉(lú)边(biān)试(shì)验(yàn)，渴(kě)望(wàng)点(diǎn)燃(rán)“点(diǎn)石(shí)成(chéng)金”的奇迹。然而，这个被称为炼金术的幻想，最终被现代科学归入传说。

点石成金可以实现吗（图片来源：作者使用AI生成）

然而，就在刚刚，这个古老的梦想，在现实中竟然被真正“撞”出来了。2025年，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家在大型强子对撞机（LHC）中，成功实现了将铅原子核转变为金原子核的实验。这不是魔法，而是粒子物理在接近光速的(de)世(shì)界(jiè)里(lǐ)展(zhǎn)开(kāi)的(de)一(yī)场(chǎng)奇(qí)观(guān)。
那(nà)么(me)问(wèn)题(tí)来(lái)了(le)：他(tā)们(men)真(zhēn)的(de)“合(hé)成(chéng)”了(le)黄(huáng)金(jīn)吗(ma)？这(zhè)是(shì)否(fǒu)意(yì)味(wèi)着(zhe)，未(wèi)来(lái)可(kě)以(yǐ)靠(kào)实(shí)验室“制造金子”致富？为什么一个价值数百亿的超级对撞机，最后只能产出万亿分之一克的金？

科学家是怎么“撞”出黄金的？

要理解这场“炼金术”，我们先得认识一个高能物理设备——大型强子对撞机（LHC）。它是目前世界上最大最强的粒子加速器，位于瑞士和法国交界处的地下隧道里，由欧洲核子研究中心（CERN）运营。

欧洲核子研究中心（图片来源：Wikipedia）

科学家在这里做的事情听起来很疯狂——让两个铅原子核，以接近光速（99.999993%的光速）的速度迎面相撞或擦肩而过！

这种特殊的碰撞方式，叫做超外周碰撞。简单来说，两颗铅核没有真的撞上，而是彼此飞掠而过，在强大的电磁力作用下发生了互动。

在这个过程中，其中一个铅核会受到对方电磁场发出的虚光子轰击，就像被一束无形的高能激光射中。这束光子可能会击落铅核中的几个质子和中子。如果利用这种方法将原本含有82个质子的铅原子核，“撞”掉3个质子，就可以将铅原子变成黄金原子（含有79个质子）。这不是魔法，而是核物理中的“核嬗变”现象——元素之间的本质差异，在于它们原子核中的质子数量。

而CERN的(de)大(dà)型(xíng)离(lí)子(zi)对(duì)撞(zhuàng)实(shí)验(yàn)（ALICE）正(zhèng)是(shì)负(fù)责(zé)“数(shù)清(qīng)楚(chu)”这(zhè)些(xiē)质(zhì)子(zi)和(hé)中(zhōng)子(zi)有(yǒu)没(méi)有(yǒu)真(zhēn)的(de)被(bèi)撞(zhuàng)出(chū)来(lái)的(de)团(tuán)队(duì)。通(tōng)过(guò)专(zhuān)门(mén)的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)，他(tā)们(men)记录到了“铅变金”的反应信号。

黄金真的被合成了吗？答案是——真的合成了！但只合成了一点点，而且还“活不久”。科学家们在ALICE实验中记录到了一种非常罕见的事件：在铅与铅之间的超外周碰撞中，有部分铅原子核在被高能光子击打之后，失去了三个质子，变成了金原子核。

原理的展示图(图片来源：https://alice-collaboration.web.cern.ch/2025-alice-lead-to-gold)

换句话说，虽然科学家确实观察到了铅变金的(de)过(guò)程(chéng)，但(dàn)这(zhè)并(bìng)不(bù)是(shì)一种可以用来炼金或盈利的技术。它的意义在于，我们第一次量化并验证了这一微观物理过程在现实中发生的可行性。

那为什么不能用这种方式制造黄金？

听起来虽然很酷，但用对撞机“炼金”绝不是现实中可行的致富方式。原因主要有以下几点：

① 成本太高了

大型强子对撞机（LHC）的建设和运行成本超过300亿元人民币，而实验四年只“合成”了 860亿个金原子核(hé)，约(yuē)为0.000000000029 克的黄金。按这个效率，你想合成一枚1克的金戒指，得花上几千万年的时间和数万亿的电费。

② 黄金“活不下来”

对撞后形成的金原子核是高能态的，不稳定，会在极短的时间内（小于1微秒）就解体，释放出粒子，彻底消失。

③ 完全无法回收

这些金原子核不会以“固态金子”的形式出现，它们是以高能粒子的形(xíng)式(shì)短(duǎn)暂存在于加速器的真空管道中，无(wú)法(fǎ)提取、无法收集、更无法使用。

④ 效率太低

即使一切都不考虑，产生黄金的几率本身也非常低。大多数碰撞的结果是其他元素，比如铊（Tl）或汞（Hg），金只是少数中的少数。

总结一句话：科学上确实可以让铅变成金，但现实中完全划不来，这就像是拿火箭送快递——虽然很快，但没有人会真的这么干。

让铅变成金完全划不来（图片来源：作者拍摄）

总结

从中世纪的“点石成金”幻想，到今天在实验室中真实上演的“铅变金”，科学家们用技术实现了炼金士的终极梦想，点铅变金。但致富梦想还是那么遥不可及，因为得到的金子是微量的、瞬间的、不可提取的。原子对撞实验不是一条致富捷径，而是一扇通往自然奥秘的大门。通过对撞机实验，科学家不仅观察到了金原子核的短暂生成，还深入理解了原子核结构、电磁相互作用和核嬗变等关键机制。

更重要的是，这项研究超越了“黄金”本身，为粒子物理模型验证、未来电子-离子对撞机的设计，以及高能核反应中粒子发射规律的研究，提供了宝贵的数据和思路。或许有一天，人类确实能自由的合成各种元素，但那时我们真正渴望的，可能不再是金子本身，而是理解宇宙、塑造未来的能力与勇气。

作者：Denovo科普团队（张玮杰 中国科学院大学博士；杨超 博士）

审核：张丽媛 深圳先进光源研究院副教授

参考文献：

[1] Acharya, S., et al. "Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at s NN= 5.02 TeV." Physical Review C 111.5 (2025): 054906.

[2] Dmitrieva, U. A., and I. A. Pshenichnov. "Production of Various Elements in Ultraperipheral 208Pb–208Pb Collisions at the LHC." Physics of Particles and Nuclei Letters 20.5 (2023): 1228-1231.

[3] Broz, Michal, Jesus Guillermo Contreras, and JD Tapia Takaki. "A generator of forward neutrons for ultra-peripheral collisions: nOOn." Computer Physics Communications 253 (2020): 107181.