Fenomena timbal berubah menjadi emas di LHC terdeteksi untuk pertama kalinya

• Kolaborasi ALICE di CERN mengukur secara kuantitatif proses inti atom timbal berubah menjadi inti atom emas di LHC, dan mempublikasikannya di Physical Review Journals
• Fenomena ini terjadi dalam tumbukan dekat, yang jauh lebih sering daripada tumbukan frontal, ketika medan elektromagnetik kuat memicu interaksi foton–inti atom
• Timbal memiliki 82 proton, sedangkan emas memiliki 79 proton, sehingga agar inti atom timbal dalam berkas LHC menjadi emas, 3 proton harus terlepas
• ALICE menggunakan ZDC untuk menghitung jumlah proton yang dipancarkan dan membedakan pembentukan timbal, talium, merkuri, dan emas; di titik tumbukan ALICE, inti atom emas terbentuk dengan laju hingga sekitar 89.000 per detik
• Selama Run 2 pada 2015–2018, sekitar 86 miliar inti atom emas terbentuk di empat eksperimen utama, tetapi massanya hanya 29 pikogram, dan emas yang terbentuk langsung pecah saat menabrak pipa berkas atau kolimator

---

Pengukuran transmutasi nuklir dari timbal menjadi emas

• Kolaborasi ALICE mempublikasikan di Physical Review Journals pengukuran yang mengkuantifikasi fenomena timbal berubah menjadi emas di Large Hadron Collider milik CERN
• Transformasi timbal menjadi emas, impian alkimia abad pertengahan, mustahil dilakukan dengan metode kimia, tetapi sejak fisika nuklir abad ke-20 diketahui bahwa unsur berat dapat menjadi unsur lain melalui peluruhan radioaktif atau tumbukan partikel
• Emas pernah dibuat secara artifisial sebelumnya, tetapi pengukuran kali ini berfokus pada mekanisme yang terjadi dalam tumbukan dekat inti atom timbal di LHC

Tumbukan dekat yang lebih sering terjadi daripada tumbukan frontal

• Tumbukan frontal timbal–timbal berenergi tinggi di LHC dapat menciptakan plasma kuark–gluon, keadaan materi panas dan rapat yang diyakini mengisi alam semesta sekitar sepersejuta detik setelah Big Bang
• Dalam interaksi yang lebih sering terjadi, dua inti atom melintas saling berdekatan tanpa “bersentuhan”, sementara medan elektromagnetik kuat di sekitarnya memicu interaksi foton–foton dan foton–inti atom
• Inti atom timbal mencakup 82 proton, sehingga medan elektromagnetiknya sangat kuat
• Inti atom timbal di dalam LHC bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, setara 99,999993% dari kecepatan cahaya
  • Karena kecepatan ini, garis medan elektromagnetik terkompresi menjadi bentuk seperti panekuk tipis yang tegak lurus terhadap arah gerak
  • Akibatnya, terbentuk pulsa foton berdurasi singkat

Proses terbentuknya inti atom emas

• Ketika foton berinteraksi dengan inti atom, foton dapat mengeksitasi osilasi struktur internal inti atom; proses ini disebut disosiasi elektromagnetik
• Disosiasi elektromagnetik dapat menyebabkan terpancarnya sejumlah kecil neutron dan proton
• Untuk membuat emas dari inti atom timbal di dalam berkas LHC, 3 dari 82 proton harus dihilangkan
  • Inti atom timbal: 82 proton
  • Inti atom emas: 79 proton
• Diagram tersebut menunjukkan tumbukan ultraperiferal ketika dua berkas ion timbal 208Pb melintas berdekatan tanpa bertumbukan, dan interaksi foton–inti atom memancarkan 2 neutron dan 3 proton sehingga menyisakan inti atom emas 203Au

Pembentukan unsur yang dibedakan oleh ZDC ALICE

• Tim ALICE menggunakan zero degree calorimeters (ZDC) pada detektor untuk menghitung jumlah proton yang dipancarkan setelah interaksi foton–inti atom
  • Emisi 0 proton dan setidaknya 1 neutron: dikaitkan dengan pembentukan timbal
  • Emisi 1 proton dan setidaknya 1 neutron: dikaitkan dengan pembentukan talium
  • Emisi 2 proton dan setidaknya 1 neutron: dikaitkan dengan pembentukan merkuri
  • Emisi 3 proton dan setidaknya 1 neutron: dikaitkan dengan pembentukan emas
• Pembentukan emas terjadi lebih jarang daripada pembentukan talium atau merkuri
• Saat ini LHC menghasilkan emas dalam tumbukan timbal–timbal di titik tumbukan ALICE dengan laju hingga sekitar 89.000 inti atom per detik
• Inti atom emas yang terbentuk keluar dari titik tumbukan dengan energi sangat tinggi, lalu di berbagai titik hilir menabrak pipa berkas LHC atau kolimator
• Inti atom emas langsung pecah di tempat itu menjadi proton tunggal, neutron, dan partikel lain, sehingga hanya ada selama waktu yang sangat singkat

Jumlah yang dihasilkan sangat kecil, tetapi penting untuk memahami kehilangan berkas

• Menurut analisis ALICE, selama 2015–2018, periode LHC Run 2, sekitar 86 miliar inti atom emas terbentuk di empat eksperimen utama
• Dari segi massa, jumlah itu setara 29 pikogram, yaitu 2,9 × 10^-11 g
• Karena luminositas LHC terus meningkat melalui upgrade berkala, pada Run 3 LHC menghasilkan emas hampir dua kali lipat dibanding Run 2
• Total produksinya tetap triliunan kali lebih sedikit daripada jumlah yang diperlukan untuk membuat satu perhiasan
• Berkat kemampuan ZDC ALICE, analisis ini menjadi kasus pertama sinyal pembentukan emas di LHC dideteksi dan dianalisis secara sistematis lewat eksperimen
• Hasilnya digunakan untuk menguji dan menyempurnakan model teori disosiasi elektromagnetik
  • Model ini digunakan untuk memahami dan memprediksi kehilangan berkas, salah satu faktor utama yang membatasi kinerja LHC dan kolider masa depan

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Bagian yang relevan adalah ini: “Menurut analisis ALICE, selama LHC Run 2 (2015–2018), sekitar 86 miliar inti atom emas dihasilkan dalam empat eksperimen utama. Dari segi massa, itu setara dengan 29 pikogram (2,9 ×10-11 g)”
  Untuk membuat 1 ons, skalanya tinggal diperbesar ke tingkat triliunan, tetapi mengubah timbal menjadi emas—impian begitu banyak alkemis—kini menjadi produk sampingan dari akselerator partikel

  • Setelah dihitung, harga emas harus sekitar 48 triliun×1 triliun dolar per ons agar LHC mencapai titik impas
  • Skala ini benar-benar tidak masuk akal. 86 miliar inti atom hanya 29 pikogram, dan 1 gram adalah 10^12 pikogram
    Dalam 1 gram emas terdapat 1.000 billion billion inti atom emas
  • Mengubah timbal menjadi emas telah menjadi produk sampingan akselerator partikel; ini benar-benar batu filsuf yang pamungkas
  • Seseorang harus segera menghubungi nVidia. Mereka sudah mengintegrasikan akselerator ke GPU, dan skalabilitasnya juga lebih baik daripada Hukum Moore
  • Mengingat ini bukan produk sampingan yang awalnya dicari, kalau dijadikan tujuan utama, angkanya sepertinya bisa jauh lebih tinggi

• Saya melakukan riset disertasi doktoral di Brookhaven National Lab, tempat RHIC, pendahulu program ion berat LHC, berada
  Saat itu seorang ilmuwan senior menceritakan percakapan yang terjadi dalam sebuah tinjauan program yang sedang berjalan. Waktu itu RHIC menumbukkan emas dalam program ion beratnya, dan seorang peninjau bertanya apakah biaya bisa dihemat dengan beralih ke unsur yang lebih murah seperti timbal. Katanya tidak ada seorang pun di pihak RHIC yang tahu harus menjawab apa. Saya tidak ingat angka persisnya, tetapi selama seluruh masa program, emas yang digunakan RHIC kira-kira kurang dari 1 miligram

  • Dulu saya pernah bekerja di lab yang memiliki peralatan deposisi lapisan atom emas. Seingat saya, mereka mengenakan biaya kecil untuk satu lapisan emas setebal satu atom, mungkin beberapa sen atau beberapa dolar
    Ada ruang berbentuk lonceng untuk memasukkan wafer, dan terlepas dari ukuran wafer, seluruh bagian dalam ruang itu terlapisi emas secara merata. Teknisi yang mengoperasikan alat itu sering memasukkan cincin ke dalam ruang bersama sampelnya sendiri, dan selama beberapa tahun, lapisan-lapisan itu menumpuk sehingga cincin tersebut perlahan “berubah menjadi emas”
  • Kalau mereka beralih ke timbal, mungkin sekarang sudah menghasilkan beberapa miligram emas

• Emas yang dihasilkan adalah emas-203, bersifat radioaktif, dan meluruh menjadi merkuri-203 dalam 1 menit. Merkuri-203 juga radioaktif. Emas yang kita kenal adalah emas-197
  Ini juga sama sekali bukan kasus pertama timbal diubah menjadi emas. Transmutasi timbal menjadi emas-197 sudah dilakukan pada 1980. Dalam semua kasus seperti ini, jumlah yang dihasilkan terlalu kecil sehingga nilainya sebagai logam mulia praktis nol

  • Merkuri-203 terdengar seperti kombinasi yang mengerikan. Merkuri sendiri sudah cukup beracun, tidak perlu ditambah menjadi radioaktif

• Sekadar iseng, saya menghitung berapa lama LHC dan ALICE harus membuat emas agar bisa membiayai sendiri biaya FCC. Dengan harga emas saat ini dalam CHF, saya mengasumsikan 15 miliar CHF, dalam kondisi sempurna dan mengabaikan semua batasan
  Kesimpulannya, dibutuhkan sekitar 185 miliar tahun dengan operasi terus-menerus. Sebagai perbandingan, usia alam semesta sekitar 14 miliar tahun. Di sini saya mengabaikan tegangan Hubble

  • Karena biaya membuat emas akan lebih besar daripada nilai emas yang diperoleh, pada dasarnya bisa dibilang butuh waktu tak terhingga
  • Tidak perlu khawatir LHC akan mengencerkan pasokan emas. Yang akan melakukannya adalah penambangan asteroid
  • Ini mengasumsikan mereka akan membuat emas dengan cara yang sama. Prosesnya kemungkinan besar bisa menjadi lebih baik. Bagaimana kalau memasukkan tingkat pertumbuhan?

• Setiap kali mendengar diskusi tentang kemajuan teknologi, saya selalu terpikir hal seperti ini. Sering muncul klaim bahwa pada awal abad ke-20 pun banyak orang mengira kita sudah mendekati puncak teknologi, dan ketika klaim yang sama muncul hari ini, cerita itu kembali diangkat
  Saya tidak menganggap kita sudah sampai sejauh itu, tetapi batas yang sedang kita dekati rasanya lebih merupakan batas sumber daya dan rekayasa daripada batas pengetahuan. Secara harfiah, alkimia memang ada, tetapi kita tidak punya kemampuan membuat emas dalam jumlah yang bermakna. Bukan karena kita tidak tahu caranya, melainkan karena itu tidak praktis. Seberapa banyak lagi yang bisa diberikan ilmu material, kimia, dan mungkin fisika dari sisi teknologi praktis ke depan? Pasti banyak, tetapi saya tidak yakin laju kemajuan teknologi di bidang-bidang ini akan terus bertahan. Tentu saja, sekalipun tidak langsung diterapkan ke teknologi, masih ada sangat banyak hal untuk dipelajari
  Menurut saya, tempat yang masih benar-benar kaya akan pengetahuan yang dapat diterapkan dan praktis adalah biokimia dan biologi. Kita bahkan belum menggores permukaannya. Kita mungkin tidak akan pernah menemukan cara bergerak lebih cepat dari cahaya, tetapi jika kita bisa mengadaptasi tubuh agar tetap berada dalam keadaan tersuspensi selama ratusan atau ribuan tahun, itu mungkin bukan masalah besar. Rasanya kemampuan memanipulasi biologi dengan mudah jauh lebih berbahaya daripada proliferasi nuklir. Bagaimanapun, saya bukan ahli di bidang-bidang ini

  • Saya sangat tidak setuju. Ilmu material dan kimia masih baru menggores permukaan, dan sebagian besar masih berurusan dengan sifat bulk dari zat yang relatif sederhana
    Ruang desain metamaterial dan mesin molekuler yang belum dieksplorasi masih sangat luas
  • Ilmu material sampai sekarang pun sebagian besar masih lebih mirip sebuah keterampilan berupa tebakan terdidik, pencampuran, dan pengujian tanpa henti atas perubahan sangat kecil dalam komposisi dan proses
    Ini karena, meski ada kerangka teori dan teknik matematika yang baik serta kemampuan komputasi, hal itu hanya bekerja sampai batas tertentu pada skala di bawah ångström; pada skala milimeter ke atas ada alat rekayasa mekanik seperti FEM, tetapi skala nano hingga mikro, tempat sebagian besar sifat material sebenarnya muncul, pada dasarnya tidak dapat dihitung. Menurut saya, perhitungan sifat material dari prinsip pertama untuk sistem yang lebih besar daripada sistem ringan berisi beberapa atom pun masih sulit. Karena saya bukan orang yang punya intuisi hebat dalam matematika tingkat lanjut dan kalkulus untuk memecahkan masalah seperti ini, sifat riset pascasarjana di bidang ini secara pribadi tidak menarik bagi saya. Meski begitu, fab semikonduktor dan laboratorium katalis telah membuat kemajuan besar lewat pendekatan eksperimen massal yang sistematis dan berulang
    Jika komputabilitas pada skala nano hingga mikro terpecahkan, itu akan menciptakan perubahan besar yang setara dengan Revolusi Industri dan revolusi teknologi informasi. Saya juga melihat revolusi biologi pada dasarnya membutuhkan komputabilitas serupa untuk manipulasi protein, meski tampaknya ada jalan pintas dengan memanfaatkan bakteri. Dalam beberapa tahun terakhir saya sesekali melihat makalah yang mengisyaratkan kemajuan dalam matematika dan komputabilitas skala nano hingga mikro, jadi saya cukup berharap akan ada kemajuan teknis besar
  • Hah, singularitas dijadwalkan sekitar Selasa depan, tapi kita bahkan belum bisa membuat bola Dyson
  • Seberapa jauh kita bisa mendorong pengetahuan dan kapabilitas teknis yang kita miliki ke penerapan nyata adalah pertanyaan yang menarik. Sebab sejauh apa pun garis depan pemahaman bergerak, garis depan keterterapan juga harus maju mengikutinya
    Layak dipikirkan apakah ada prinsip yang menjelaskan hubungan keduanya. Alasan saya pernah merasa kita menabrak tembok adalah krisis nyata yang dialami demokrasi, batas kinerja pemrosesan komputer, enshittification yang merusak layanan dari dalam, kenyataan bahwa kita tidak mampu mengerjakan hal-hal seperti kereta cepat, lambatnya kemajuan mobil otonom, serta kesadaran bahwa bangunan-bangunan lama di kota akan tetap bertahan lama dan tidak berubah menjadi bergaya cyberpunk dalam semalam
    Namun jika zaman kita tidak dikenang karena ancaman terhadap demokrasi, pandemi, dan perang, mungkin kita punya ruang untuk mengenangnya sebagai masa ketika ada kemajuan yang benar-benar penting di garis depan sains. CRISPR dan AI saja sudah cukup sebagai pencapaian yang mewakili sebuah era. Jadi, kembali ke poin awal, menurut saya kemajuan sejauh ini belum menjadi bukti bahwa kemampuan memindahkan garis depan pengetahuan ke ranah keterterapan akan segera melambat. Saya memahami pemikirannya, tetapi saya sedikit lebih optimistis

• Saya jadi bertanya-tanya apakah alasan sebenarnya para fisikawan terobsesi mengubah logam tidak mulia menjadi emas adalah LHC
  Newton menghabiskan sekitar 30 tahun hidupnya untuk alkimia, dan pencapaian-pencapaian lainnya sebenarnya lebih mirip pekerjaan sampingan

  • Kalau khawatir pendanaan riset diputus, mengubah timbal menjadi emas juga bisa jadi jalan memutar
  • Ini memang hal yang menarik. Sudah lama diketahui bahwa itu mungkin dilakukan, hanya saja biayanya kelewat mahal
  • Sepertinya Ars Magna masih tetap bertahan. Jika para alkemis bisa mengatasi keterkejutan bahwa mereka harus merombak besar-besaran teori religius mereka tentang alam, saya rasa mereka akan memandang era kimia modern sebagai sesuatu yang benar-benar menarik
  • https://www.laphamsquarterly.org/magic-shows/miscellany/alch...
  • Jelas Anunnaki sedang mempertaruhkan langkah terakhirnya pada proyek emas atmosfer raksasa

• Secara historis, saya penasaran kenapa timbal dan emas begitu erat dikaitkan. Mengapa para alkemis berfokus mengubah timbal menjadi emas? Kenapa tidak memulai dari besi atau batu seperti kuarsa? Apakah hanya karena keduanya sama-sama logam yang berat dan lunak?

  • Teori yang berpengaruh saat itu adalah bahwa logam tumbuh di dalam tanah, bermula dari non-logam lalu seiring waktu atau dalam kondisi tertentu berubah menjadi logam yang lebih tinggi, dan akhirnya mencapai emas. Karena emas tidak berkarat, ia dianggap sebagai titik akhir.
    Jika hanya melihat informasi pada masa itu, teori ini tidak terlalu buruk. Semua logam pada akhirnya memang berasal dari tanah. Gagasan mengubah timbal menjadi emas bukanlah pemikiran magis, melainkan upaya mereproduksi dan mempercepat kondisi alam di laboratorium. Mirip dengan hal yang kita lakukan sekarang dalam ratusan cara berbeda. Seandainya ada yang berhasil, itu akan menjadi bukti lengkap bahwa teori alkimia benar, seperti eksperimen celah ganda pada zamannya.
  • Mungkin besar kemungkinannya karena timbal dipakai untuk koin palsu. Caranya dengan melapisi timbal dengan lapisan tipis emas.
    Anda mungkin tahu adegan menggigit koin dalam film-film abad pertengahan; itu dilakukan untuk memeriksa apakah koinnya emas atau timbal. Jadi timbal adalah perwujudan kepalsuan, dan ini berarti mengubah yang palsu menjadi yang asli.
  • Di artikel juga tertulis seperti ini:
    “Pencarian lama yang dikenal sebagai chrysopoeia ini mungkin dimotivasi oleh pengamatan bahwa timbal, yang berwarna abu-abu kusam dan relatif melimpah, memiliki densitas yang mirip dengan emas, yang telah lama didambakan karena warnanya yang indah dan kelangkaannya.”
  • Jika ingin menipu seseorang agar menerima timbal berlapis emas sebagai emas asli, itu lebih mudah daripada menjual pirit sebagai emas. Namun titik lebur emas yang jauh lebih tinggi menjadi petunjuk yang bisa membongkarnya.
    Saya kira yang ingin diubah oleh alkimia bukan sifat atomiknya, melainkan memindahkan sifat-sifat tertentu emas, seperti titik lebur dan warna, ke timbal agar bisa membuat emas yang lebih murah di laboratorium.
  • Mungkin karena beratnya “cukup dekat”. Setidaknya lebih dekat daripada besi, jadi mereka mungkin mengira keduanya berkaitan erat. Maka mereka menganggap dengan sedikit penyesuaian, timbal bisa dibuat berkilau, indah, dan sekitar 40% lebih berat.
    Upaya mengubah perak menjadi emas juga pasti pernah dilakukan. Karena perak beratnya lebih dekat, mereka mungkin menganggap perubahan yang diperlukan juga lebih kecil.

• Yang dibutuhkan para alkemis hanyalah Large Hadron Collider. Mereka benar-benar terlalu maju untuk zamannya.

  • Yang dibutuhkan cuma lingkaran transmutasi yang lebih besar, sungguh. Satu lingkaran transmutasi lagi saja dan bahan organik bisa diubah menjadi emas. Tinggal menggambarnya sekali lagi mengelilingi seluruh kota.
  • Siapa sangka Batu Bertuah harus berbentuk cincin dan dikubur jauh di bawah tanah.

• Ada adegan dalam seri SF Mission Earth karya L. Ron Hubbard yang masih saya ingat selama bertahun-tahun. Tokoh utama, yang sebenarnya lebih mirip antagonis, sedang mempersiapkan misi penyusupan ke Bumi, lalu pergi ke tempat yang penuh pembangkit listrik fusi di kotanya dan memesan banyak sekali emas untuk dibawa.
  Hasilnya adalah emas dalam jumlah yang cukup besar untuk meruntuhkan ekonomi Bumi. Namun yang paling melekat adalah gagasan memesan produksi unsur.

  • Jumlahnya 500 ton, dan dengan nilai dolar era 80-an kira-kira diperdagangkan sekitar 500 juta dolar. Itu uang yang cukup besar, tetapi tidak sampai mengguncang Bumi. Dan dia kehilangan semuanya.

• Ini bukan sekadar menembaki target secara langsung di dalam akselerator partikel, melainkan cara baru mengubah timbal menjadi emas lewat tumbukan dekat di CERN. Jumlah yang dihasilkan berskala submikroskopis dan bersifat radioaktif.