Vàng nhân tạo được tạo ra như thế nào?

Khoa học mà chúng ta biết ngày nay khác xa với thuật giả kim từng mê hoặc các học giả thời cổ đại. Tuy nhiên, động lực cốt lõi là khát vọng hiểu thêm về thế giới vẫn không thay đổi.

Nếu như các nhà khoa học hiện đại dành cả đời nghiên cứu các vật thể thiên văn và nguồn gốc vũ trụ, thì các nhà giả kim xưa kia lại theo đuổi những mục tiêu có vẻ giản dị hơn, trong đó nổi bật là tham vọng biến kim loại thường thành vàng.

Dù những nhà giả kim tài ba nhất đều thất bại sau cả đời theo đuổi ước mơ này, việc chuyển hóa thành vàng lại trở nên khả thi về mặt lý thuyết trong khoa học hiện đại. Điều cần có chỉ là một máy gia tốc hạt, nguồn năng lượng khổng lồ và kinh phí đủ lớn.

Hội đồng Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) hội tụ đủ những điều kiện đó. Tại đây, khát vọng dang dở của giả kim thuật cổ đại đã được hiện thực hóa trong thí nghiệm ALICE, sử dụng Máy gia tốc hạt lớn (LHC). Mục tiêu của thí nghiệm là quan sát các va chạm ion nặng nhằm mô phỏng điều kiện tồn tại ngay sau Vụ nổ lớn.

Trong quá trình này, các hạt chì được bắn vào nhau với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. Kết quả tạo ra tới 86 tỷ hạt nhân vàng. Con số nghe có vẻ ấn tượng, nhưng tổng khối lượng chỉ tương đương một phần nghìn tỷ của một gam vàng, gần như không đáng kể.

Điều quan trọng là loại vàng này không thể sử dụng theo cách thông thường. Lượng vàng tạo ra quá nhỏ, không thể quan sát bằng phương pháp vật lý thông thường mà phải dựa vào các thiết bị đo chuyên dụng để ghi nhận những thay đổi cực nhỏ về số neutron và proton.

Hơn nữa, các hạt nhân vàng sinh ra không ổn định, chỉ tồn tại khoảng một micro giây trước khi phân rã hoặc va chạm với thiết bị và biến mất. Vì vậy, “kỳ tích giả kim” này thực chất chỉ là một hiện tượng vật lý thoáng qua.

Cơ chế chuyển hóa

Việc loại bỏ proton khỏi hạt nhân chì không hề đơn giản. Chì có lực điện từ rất mạnh giúp duy trì sự ổn định của hạt nhân. Để vượt qua lực này, các nhà vật lý khai thác các va chạm cận kề ở vận tốc gần ánh sáng.

Khi hai hạt ion nặng lướt qua nhau, trường điện từ cực mạnh của chúng tương tác trong một khoảnh khắc ngắn ngủi. Sự tương tác này có thể làm bật một hoặc vài proton khỏi hạt nhân chì. Tùy số proton bị tách ra, hạt nhân chì có thể biến đổi thành thallium, thủy ngân hoặc vàng.

Dù vậy, phương pháp này vẫn phụ thuộc vào các va chạm tốc độ cao và yếu tố ngẫu nhiên. Lượng vàng sinh ra cực kỳ ít, chi phí vận hành máy gia tốc rất lớn và độ tin cậy không cao, khiến việc sản xuất vàng theo cách này hoàn toàn không có ý nghĩa kinh tế.

Vàng nhân tạo không phải chuyện mới

Các nhà vật lý thuộc dự án ALICE của CERN không phải là những người đầu tiên tạo ra vàng nhân tạo.

Ngay từ năm 1941, các nhà khoa học đã biến đổi thủy ngân bằng neutron năng lượng cao để tạo ra vàng. Tuy nhiên, sản phẩm thu được là một đồng vị không ổn định, có tính phóng xạ mạnh.

Năm 1980, một nhóm nghiên cứu có sự tham gia của nhà hóa học hạt nhân Glenn T. Seaborg đã chứng minh về mặt lý thuyết khả năng tạo vàng từ chì. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, vàng sinh ra quá không ổn định để có thể tách riêng và quan sát một cách hiệu quả.

Năm 2002 và 2004, nhóm Super Proton Synchrotron của CERN đã ghi nhận việc chuyển hóa chì thành vàng thông qua các va chạm cận kề tương tự, dù ở quy mô nhỏ hơn. Đến năm 2022, các nhà khoa học tại CERN tiếp tục tạo ra 18 hạt nhân vàng bằng cách bắn phá mục tiêu uranium.

Những kết quả gần đây, dù chỉ tạo ra lượng vàng cực nhỏ, vẫn là bước tiến so với các thí nghiệm trước đó nhờ khả năng ghi nhận và kiểm soát chính xác hơn quá trình va chạm.

Tuy nhiên, ngay cả với các máy gia tốc hiện đại nhất, việc sản xuất vàng vẫn chỉ dừng lại ở mức thí nghiệm khoa học. Trừ khi xuất hiện một đột phá công nghệ hoàn toàn mới, giấc mơ biến chì thành vàng với quy mô thực tế vẫn sẽ chỉ là một biểu tượng thú vị của hành trình khám phá khoa học.