Siêu đột phá: Các nhà khoa học đã biến được chì thành vàng, liệu giá vàng có sắp giảm không?

Trong một nghiên cứu mới đăng trên Tạp chí Physical Review, các nhà khoa học tại dự án Máy dò ion gia tốc lớn (ALICE) ở Pháp đã lần đầu tiên biến được chì thành vàng, trong một thí nghiệm mang tính đột phá.

Quá trình xảy ra bên trong Máy Gia tốc hạt Lớn (LHC) của Hội đồng Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN), khi các nhà khoa học tăng tốc nguyên tử chì (Pb) lên tới vận tốc bằng 99,999993% tốc độ ánh sáng, một quá trình biến đổi đặc biệt đã diễn ra:

3 proton đã tách khỏi hạt nhân chì Pb (82) để biến chúng trở thành vàng Au (79).

Theo nghiên cứu được công bố, cứ mỗi giây trôi qua trong LHC, đã có khoảng 89.000 hạt nhân vàng được tạo ra theo cách này. Kết thúc thí nghiệm, tổng sản lượng vàng sinh ra từ chì là khoảng 86 tỷ nguyên tử.

Nếu bạn cân chúng lên, lượng vàng này sẽ rơi vào khoảng 29 picogram.

Mặc dù chỉ là một con số vô cùng nhỏ - mỗi picogram chỉ bằng một phần triệu tỷ của một gram - thí nghiệm của ALICE đã hoàn thành lời tiên tri kéo dài 1.700 năm của các nhà giả kim thuật cổ đại. Họ đã chứng minh chì cũng có thể biến được thành vàng, trong một quá trình vốn chỉ có trong truyền thuyết gọi là...

Chrysopoeia

Đó là một từ trong tiếng Hy Lạp cổ đại, nghĩa là "làm ra vàng". Chrysopoeia lần đầu được nhắc đến trong cuốn sách cùng tên của Cleopatra, một nhà giả kim sống ở thế kỷ thứ 3 sau Công Nguyên. Trong cuốn sách của mình, Cleopatra đã mô tả một số thiết bị chưng cất và quy trình được cho là có thể biến chì thành vàng nhờ vào một nguyên tố gọi là "đá của nhà giả kim".

Trong trường hợp bạn chưa biết, "đá của nhà giả kim" không hẳn là đá, nó là một khái niệm trừu tượng có trong truyền thuyết của thuật giả kim, chỉ bất cứ thứ nước, bột, hoặc nguyên tố nào có thể biến các kim loại thông thường thành kim loại quý hiếm như vàng, có thể làm trẻ hóa cơ thể, có thể giúp ai đó trở nên bất tử.

Vì những công dụng kỳ diệu này, đá của nhà giả kim đã được truy tìm trong suốt hàng ngàn năm. Nó là trung tâm của giả kim thuật, một lĩnh vực có một nửa là khoa học thực nghiệm và một nửa bị coi là giả khoa học với các ý tưởng phi thường, thần thánh và siêu thực.

Dẫu vậy, thuật giả kim trong quá khứ vẫn từng thu hút rất nhiều nhà khoa học nổi tiếng, thậm chí nó còn mở đường cho nhiều lĩnh vực như hóa học và y học hiện đại.

Đó là bởi trong khi đi tìm "viên đá của nhà giả kim", họ cũng đã vô tình phát triển được các kỹ thuật hóa học, làm biến tính dược chất, xây dựng được các quy trình để thử nghiệm thuốc và nhiều ứng dụng khác.

Những nhà khoa học hàng đầu tin vào giả kim thuật có thể kể đến như Robert Boyle, nhà khoa học người Ireland được coi là cha đẻ của hóa học hiện đại, bác sĩ tiên phong người Thụy Sĩ Paracelsus, và cả nhà vật lý lỗi lạc người Anh Isaac Newton.

Nhưng bất chấp trí tuệ của những bộ não hàng đầu ấy, trong suốt 1.500 năm đi tìm "hòn đá của nhà giả kim", họ vẫn thất bại.

Vấn đề là các nhà giả kim từ thời cổ đại chưa biết đến sự tồn tại của các nguyên tử. Họ quan niệm tất cả kim loại vốn chỉ là một và các tính chất khác nhau của chúng đến từ tuổi của kim loại, độ "trưởng thành", hay độ "già" của chúng.

Ví dụ, chì là một kim loại có cân nặng, mật độ và tính chất tương đối giống vàng, do đó, các nhà giả kim cho rằng họ chỉ cần làm chì "trưởng thành" hơn, hay "già" đi một chút là có thể biến kim loại này thành vàng.

Phải cho đến tận thế kỷ 19, khi Dmitri Ivanovich Mendeleev hoàn thành bảng tuần hoàn hóa học, các nhà khoa học mới biết chì và vàng thực sự là các nguyên tố khác nhau.

Và để biến chì thành vàng, chúng ta phải loại bỏ 3 hạt nhỏ cấu thành hạt nhân của nguyên tử gọi là proton ra khỏi chúng. Một mục tiêu từng được cho là không tưởng vì năng lượng liên kết của các proton trong nguyên tử rất rất cao, gấp hàng triệu lần năng lượng trong các phản ứng hóa học thông thường mà các nhà giả kim có thể thực hiện.

Nhưng bây giờ, chì đã thực sự biến được thành vàng

Điều này được thúc đẩy bằng các tiến bộ trong khoa học kỹ thuật, đặc biệt là với sự ra đời của các cỗ máy gia tốc hạt trong thế kỷ 20. Máy gia tốc hạt là một cỗ máy sử dụng trường điện từ để đẩy các hạt tích điện di chuyển đến tốc độ và năng lượng cực cao, có thể tiệm cận với tốc độ của ánh sáng.

Trong quá trình di chuyển này, các hạt nhân nguyên tử có thể được cho va chạm để phá vỡ nguyên tử của chúng, tạo thành các nguyên tử mới.

Vào năm 1980, một nhóm các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL) được dẫn dắt bởi Glenn Seaborg, người từng đoạt giải Nobel hóa học năm 1951, đã sử dụng máy gia tốc hạt để tăng tốc một chùm hạt nhân carbon và neon lên gần với tốc độ ánh sáng.

Các chùm tia sau đó được cho bắn vào một lá bismuth Bi(83), nguyên tố đứng ngay sau chì Pb(82) trên bảng tuần hoàn. Quá trình này đã phá vỡ một mảnh nhỏ trong các nguyên tử bismuth, tương ứng với 4 proton, và thực sự biến chúng trở thành nguyên tử vàng Au(79).

Cùng với 4 proton, các phản ứng do va chạm gây ra đã loại bỏ từ 6 đến 15 neutron, tạo ra một loạt các đồng vị của vàng từ vàng 190 (79 proton và 111 neutron) đến vàng 199 (79 proton, 120 neutron).

Thí nghiệm của Glenn Seaborg năm 1980 với máy gia tốc hạt đã chứng minh "hòn đá của nhà giả kim" là hoàn toàn có thật. Có điều, đó là một cỗ máy gia tốc hạt chứ không phải một loại hình ma thuật.

Hơn 40 năm sau, trong một thí nghiệm với một cỗ máy gia tốc hạt lớn hơn của Seaborg, các nhà khoa học quốc tế tại dự án Thí nghiệm Máy va chạm ion lớn (ALICE) ở Pháp bây giờ đã đạt được một bước tiến mới.

Cũng với việc gia tốc các hạt nhân nguyên tử, họ đã lần đầu tiên biến được chì thành vàng bằng một nguyên lý ấn tượng hơn rất nhiều so với quá trình bắn phá hạt nhân thông thường của Seaborg vào năm 1980.

Nguyên lý được gọi là "biến đổi hạt nhân bằng điện từ trường hiếm", tiến sĩ Marco Van Leeuwen, người phát ngôn của ALICE cho biết.

Cụ thể, trong nghiên cứu lần này, tiến sĩ Leeuwen và các cộng sự đã sử dụng máy va chạm Hadron lớn (LHC), cỗ máy gia tốc hạt lớn nhất loài người hiện có để gia tốc các nguyên tử chì lên tốc độ tiệm cận tốc độ ánh sáng (bằng 99,999993% của 299.338 km/h).

Ở tốc độ này, nếu các hạt nhân chì xảy ra va chạm, chúng có thể tạo ra plasma quark–gluon, một trạng thái vật chất nóng gấp 100.000 lần tâm của Mặt Trời, thứ được cho là đã lấp đầy vũ trụ trong khoảng một phần triệu giây ngay sau Vụ nổ lớn, góp phần tạo ra mọi vật chất mà chúng ta biết đến.

Thế nhưng, trong thí nghiệm mới của mình, các nhà khoa học tại ALICE đã cố gắng không cho nguyên tử chì va chạm. Họ chỉ cho chúng trượt lên nhau để tạo ra các tương tác photon-hạt nhân.

"Khi hạt nhân chì được gia tốc, các đường sức điện từ của nó sẽ bị nén thành một chiếc bánh mỏng, vuông góc với hướng chuyển động, tạo ra một xung photon tồn tại trong thời gian ngắn.

Thông thường, điều này kích hoạt một quá trình gọi là phân ly điện từ, theo đó một photon tương tác với hạt nhân có thể kích thích dao động của cấu trúc bên trong của nó, dẫn đến việc phóng ra một số lượng nhỏ neutron và proton", nhóm ALICE giải thích.

Và trong quá trình phóng proton đó, các nhà khoa học đã thực sự ghi nhận những nguyên tử chì bị mất 3 proton để biến thành vàng.

Cái giá của vàng nhân tạo này là bao nhiêu?

Với việc hoàn thành giấc mơ 1.700 năm của giả kim thuật, bây giờ, bạn có thể tưởng tượng đến việc loài người có thể tha hồ sản xuất kim loại quý như vàng từ chì, điều này có thể giúp giá vàng giảm xuống?

Nhưng đừng vội bán hết vàng mà bạn đang có để chốt lời, một tin vui nhưng cũng là tin buồn là sản xuất vàng bằng máy gia tốc hạt chỉ có lỗ, thậm chí là siêu lỗ.

Năm 1980, khi thí nghiệm biến bismuth thành vàng trong máy gia tốc hạt của Glenn Seaborg được tiến hành, ông đã phải vận hành cỗ máy với chi phí lên tới 5.000 USD/h.

"Sẽ tốn hơn một nghìn tỷ đô la để tạo ra một ounce vàng thông qua thử nghiệm này", Seaborg thừa nhận. Giá vàng hiện hành cho một ounce vàng vào thời điểm đó chỉ khoảng 560 USD.

Việc sản xuất vàng trong thí nghiệm mới của các nhà khoa học ở ALICE thậm chí còn khó khăn hơn thế.

Theo nghiên cứu mà họ công bố trên tạp chí Physical Review, quá trình biến chì thành vàng trong thí nghiệm này chỉ tạo ra được vỏn vẹn 86 tỷ hạt nhân vàng, tương ứng với 29 picogram.

Với mỗi picogram tương ứng với 1 phần triệu tỷ gram, 29 picogram chỉ tương ứng với 0.0000000000077333 chỉ. Nhân với giá vàng thế giới ngày hôm nay, 3,397.65 USD/ounce, các nhà khoa học ở ALICE sẽ bán được 0.00000000314911 USD, hay 0.00008 VNĐ.

Đối nghịch lại, nguồn lực mà dự án ALICE sử dụng là vô cùng lớn. Họ đã phải sử dụng máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới LHC nằm ở biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ.

Đó là một cỗ máy cực kỳ lớn, với chu vi 27 km, đường kính 8,6 km và nằm sâu hơn 50 mét. Chỉ tính riêng chi phí xây dựng cỗ máy này đã lên tới 5,6 tỷ USD, chi phí vận hành mỗi năm thêm 1 tỷ USD nữa.

Đó là còn chưa kể đến đội ngũ nhân lực của dự án ALICE, lên tới hơn 2.000 nhà khoa học đến từ 174 viện vật lý ở 40 quốc gia trên thế giới.

Có thể hình dung đây là một nỗ lực siêu khổng lồ để có thể biến vài chục picogram chì thành vàng.

"Thí nghiệm này là để kiểm tra và cải thiện các mô hình lý thuyết về sự phân ly điện từ, ngoài mục đích vật lý vốn có, nó còn được sử dụng để hiểu và dự đoán tổn thất chùm tia, đây là giới hạn lớn đối với hiệu suất của LHC và các máy va chạm trong tương lai", các nhà khoa học cho biết.

Bởi vậy, bạn có thể yên tâm rằng các nhà khoa học chắc chắn sẽ không dùng phương pháp này để tạo ra vàng mang đi bán. Nên vàng trên thị trường quốc tế cũng sẽ không vì nghiên cứu này mà giảm giá.