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在科技日新月异的今日，总有一些突破令我们惊叹不已。前不久，科学界传来重磅消息：欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）成功实现一项神奇壮举——将铅转化为黄金！这并非愚人节玩笑，亦非奇幻故事中的情节，而是现代物理学带来的真实奇迹。此成果瞬间吸引全球目光，毕竟“点铅成金”乃千百年来无数人的梦想，如今竟成真，怎能不令人震撼与好奇？今日，就让我们一同深入了解这一了不起的科研成果。
大型强子对撞机（LHC）——实验主角
LHC 位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心，是全球最大、能量最高的粒子加速器。其建造耗资高达 92 亿美元，且历经三次大规模更新升级。这台设备犹如微观世界的“超级放大镜”，助力科学家探索物质最深处的奥秘。2012 年，LHC 便有重大发现——希格斯玻色子，此发现完成物理学一次重大突破，验证物理学家对宇宙中粒子和力的现有最佳解释，即标准模型。自那以后，LHC 备受关注，众人期待它带来更多惊喜，此次果然不负众望，实现所谓“点铅成金”。
炼金术士的梦想与现代物理学的突破
长久以来，将铅变成黄金是化学家们的梦想。17 世纪，炼金术士们为实现此目标，耗费无数时间与精力，尝试各种方法，却始终未能成功。原因在于，从化学层面，铅的质子数是 82，金的质子数是 79，这看似微小的数字差异，让化学方法无能为力，无法改变原子质子数，自然无法实现铅到金的转变。然而，现代物理学实现炼金术士们的梦想。在 LHC 中，研究人员让铅离子以接近光速的速度对撞。高速对撞过程中，奇妙事情发生。有时，铅离子并非正面直接相撞，而是擦肩而过，就在这“擦身而过”瞬间，神奇现象出现：离子周围产生强大电磁场，电磁场又产生能量脉冲，使迎面而来的铅原子核喷射出 3 个质子。原子质子数决定元素，铅原子核少 3 个质子，便摇身变为金原子核，铅原子也就成了黄金。整个过程宛如微观世界的“魔法表演”，背后有严谨科学原理支撑。LHC 四大实验室之一的 ALICE 实验室，负责从碰撞产生的海量碎片中筛选“点铅成金”的珍贵瞬间，科研人员如同耐心的“寻宝者”，在无数数据和碎片中寻找稍纵即逝的变化。
“点铅成金”的成果与意义
根据团队 2025 年 5 月 7 日发表于顶尖学术期刊《物理评论》的分析，2015 年到 2018 年，LHC 的碰撞总共产生 860 亿个金原子核，数量虽多，换算成质量却仅约 29 万亿分之一克，重量极其微小，几乎可忽略不计。且这些金原子极其不稳定，大多仅存在约 1 微秒，之后便撞到实验设备上或分解成其他粒子，转瞬即逝。其实，早在 2002 到 2004 年，CERN 的另一个加速器 SPS 就观察到铅转变成金的现象。此次 LHC 实验能量更高，意味着产生黄金的概率更大，观察结果也更清晰、准确。
CERN 的研究人员进行此实验，并非打算靠炼金术赚钱，而是有更重要的科学目的。该实验主要为更好地理解光子如何改变原子核，这对提升 LHC 自身性能以及理解这类过程对控制束流质量和稳定性至关重要。唯有将这些基础研究透彻，LHC 才能在未来科研工作中发挥更大作用。
LHC 的升级改造
如今，第三代 LHC 已投入使用，与前两代相比有很大提升。能量方面，第三代 LHC 将以 13.6 万亿电子伏特（TeV）的能量撞击质子，比第二代运行时的 13 万亿电子伏特略高。别小看这一点点能量提升，在微观世界，能量细微变化都可能引发巨大反应。更高能量撞击会大大增加碰撞产生粒子的机会，尤其在一些理论认为可能隐藏新物理的高能区域。
除能量提升外，LHC 的粒子束也变得更密集，这意味着粒子之间碰撞的概率大大增加。就像原本空荡荡的房间只有几个人走动，撞到彼此的可能性小，若房间挤满人，碰撞机会就多。粒子束更密集后，LHC 能更长时间保持峰值碰撞率，最终实验记录的数据量几乎相当于前两代总和，第三代 LHC 如同数据“收割机”，能收集更多宝贵信息。
为应对庞大的数据洪流，LHC 的探测器也进行全面升级。这些探测器如同 LHC 的“眼睛”，负责捕捉碰撞喷射出的粒子并精确测量。升级后的探测器更高效、更精准，能更好地完成任务。例如，CMS 探测器的原型探测器层可更高速率测试对μ子的捕获，升级后的电子设备能更精确地测量强子的能量。ALICE 实验室更换好几个探测器，使数据接收速度达以前的 100 倍。LHCb 实验则全面升级，从探测器到电子设备焕然一新，不仅能更精确地测量粒子轨迹，还能更好地分离几乎相同的粒子路径，去除干扰信号。
LHC 运行面临的难题与解决方法
LHC 在运行过程中面临一大难题：碰撞产生的数据太多，能存储下来的却极少。每秒让粒子束碰撞 4000 万次，每次质子和质子碰撞都可能喷出数百个粒子，数据如潮水般涌来，系统根本无法全部处理和存储，所以需要筛选机制，挑出最有研究价值的事件，扔掉大部分数据。
CMS 中有一套复杂的数据筛选系统，内置硬件触发器会根据粒子能量等属性，每秒粗略筛选出大约 10 万个事件，然后通过软件从这 10 万个事件里仔细挑选出大约 1000 个进行完整重建和分析。但现在数据量更大，触发系统压力也更大，需筛选更多事件。
为解决此问题，科研人员引入原本为视频游戏设计的 GPU 芯片。相比传统处理器，GPU 芯片可更快地重建粒子轨迹，让软件能以更高标准、更快速度扫描数据，这样一来，那些以前可能因筛选标准不够严格或处理速度不够快而被漏掉的奇怪碰撞事件，现在也能被捕捉到，其中或许就隐藏着新的科学发现，等待科学家们去揭开神秘面纱。
结语
此次“点铅成金”的实验过程，让我们深刻感受到现代物理学的魅力与力量。从古代炼金术士的幻想，到现代科学家用严谨实验和先进设备实现突破，背后是无数科研人员的辛勤付出和智慧结晶。LHC 的每一次突破，都让我们对微观世界的认识更进一步，也让我们更加期待未来它还会带来哪些惊喜。感谢大家收看本期视频，我们下期再见。
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