Erstmals Umwandlung von Blei in Gold am LHC nachgewiesen

• Das ALICE-Kollaborationsteam hat am LHC des CERN den Prozess, bei dem Blei durch hochenergetische Kollisionen von Bleikernen in Gold umgewandelt wird, quantitativ gemessen
• Das Experiment zeigt, dass bei Beinahe-Kollisionen durch starke elektromagnetische Felder Protonen aus Bleikernen herausgelöst werden und so winzige Mengen an Goldkernen entstehen
• Mithilfe des ZDC-Detektors wurde die Entstehung von Blei, Thallium, Quecksilber und Gold systematisch analysiert
• Die entstandenen Goldkerne existieren nur für sehr kurze Zeit, und ihre Menge ist verschwindend gering, sodass sie für die tatsächliche Schmuckherstellung nicht ausreicht
• Die Studie liefert neue Daten, mit denen sich die Theorie der elektromagnetischen Dissoziation testen lässt und die zur Verbesserung der Leistung künftiger Beschleuniger beitragen können

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Bedeutung des Experiments zur Umwandlung von Blei in Gold mit ALICE am LHC

• Das ALICE-Kollaborationsteam hat am LHC des CERN durch Experimente mit Beinahe-Kollisionen hochenergetischer Bleikerne erstmals systematisch experimentell nachgewiesen, dass Blei in winzige Mengen Gold umgewandelt wird
• Die Studie zeigt, dass der lang gehegte Traum mittelalterlicher Alchemisten kernphysikalisch tatsächlich möglich ist, und misst einen neuen Umwandlungsmechanismus

Der alte Traum der Alchemie und der Fortschritt der Kernphysik

• Traditionell war die Umwandlung von Blei in das Edelmetall Gold ein Ziel der Alchemie, doch tatsächlich besitzen beide Elemente völlig unterschiedliche chemische Eigenschaften
• Im 20. Jahrhundert wurde entdeckt, dass mit Kernreaktionen eine gegenseitige Umwandlung schwerer Elemente möglich ist
• Zwar gab es schon früher Berichte über künstlich erzeugtes Gold, diesmal wurde jedoch das Umwandlungsphänomen durch einen neuen Mechanismus bei Beinahe-Kollisionen von Bleikernen quantitativ gemessen

Bleikollisionen am LHC und die Entstehung neuer Teilchen

• Bei hochenergetischen frontalen Kollisionen von Bleikernen am LHC entsteht ein Quark-Gluon-Plasma
• Bei den häufiger auftretenden Beinahe-Kollisionen entstehen jedoch auch dann starke elektromagnetische Felder, wenn die Kerne nicht tatsächlich zusammenstoßen
• Dabei kommt es zum Prozess der elektromagnetischen Dissoziation; durch Photon-Kern-Wechselwirkungen gerät die innere Struktur in Schwingung und wenige Neutronen und Protonen werden emittiert
• Für die Entstehung von Gold müssen aus einem Bleikern drei Protonen entfernt werden

ALICE-Detektor und Messung der Goldentstehung

• Im ALICE-Experiment wurde der ZDC(Zero Degree Calorimeter)-Detektor genutzt, um Kernarten zu unterscheiden, die durch Photon-Kern-Wechselwirkungen entstanden sind
• Auf diese Weise wurde die Produktion von Blei-, Thallium-, Quecksilber- und Goldkernen konkret analysiert
• Das Experiment ergab, dass am ALICE-Kollisionspunkt des LHC pro Sekunde etwa 89.000 Goldkerne entstehen
• Die erzeugten Goldkerne treffen mit sehr hoher Energie auf die Strukturen des LHC und zerbrechen sofort; ihre Existenzdauer ist extrem kurz

Menge des erzeugten Goldes im LHC-Experiment und ihre Bedeutung

• Während der LHC-Run-2-Phase (2015–2018) wurden insgesamt etwa 86 Milliarden Goldkerne erzeugt
• In Masse umgerechnet entspricht das nur 29 Pikogramm (2.9 ×10^-11 g) und ist damit für eine praktische Nutzung als Edelmetall ungeeignet
• Im aktuellen Run 3 hat sich die Goldproduktion zwar etwa verdoppelt, liegt aber weiterhin auf einem Niveau, das nicht einmal für ein einziges Schmuckstück ausreicht
• Damit wurde der Traum der mittelalterlichen Alchemie technisch zwar verwirklicht, von tatsächlichem Reichtum ist die Realität aber weit entfernt

Bedeutung der ALICE-Ergebnisse und künftige Anwendungen

• Dank des ZDC von ALICE ist diese Analyse der erste Fall, in dem ein Signal der Goldentstehung am LHC systematisch und experimentell nachgewiesen und gemessen wurde
• Die Ergebnisse tragen zur Präzisierung der Theorie der elektromagnetischen Dissoziation bei; solche Theorien sind auch für praktische Aspekte wie die Vorhersage von Strahlverlusten am LHC und an künftigen Beschleunigern wichtig

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Hacker-News-Kommentare

• Während Run 2 des LHC (2015–2018) stellte sich heraus, dass in den vier großen Experimenten etwa 86 Milliarden Goldatomkerne erzeugt wurden, was einer Masse von rund 29 Pikogramm (2.9 ×10^-11 g) entspricht; um 1 Unze herzustellen, müsste man das um Billionen vervielfachen, aber immerhin tritt damit der alte Traum der Alchemisten, Blei in Gold zu verwandeln, in Teilchenbeschleunigern als Nebeneffekt auf
  • Ich habe nachgerechnet: Damit sich der LHC wirtschaftlich lohnt, müsste der Goldpreis bei 48 Quadrillionen Dollar pro Unze liegen
  • Diese Größenordnung ist wirklich verblüffend: 86 Milliarden Atomkerne sind nur 29 Pikogramm, 1 Gramm sind 10^12 Pikogramm, und in 1 Gramm Gold stecken 10 Trilliarden Goldatomkerne
  • Irgendwie fühlt es sich an, als hätten wir nun tatsächlich den Stein der Weisen in der Hand
  • Da das nicht das eigentliche Ziel war, ist die Menge entsprechend gering; wenn die Goldproduktion das Hauptziel wäre, könnte man vermutlich viel mehr herstellen
  • Ich sollte wohl schnell bei nVidia anrufen, diese Firma integriert bereits accelerator in GPUs und skaliert besser als Moore’s Law
  • Moment, ich hatte vergessen, dass diese Atomkerne nur für Mikrosekunden existierten; in Wirklichkeit ist das also nicht skalierbar, sondern nur ein Trick
  • Ich frage mich, ob man Blei auch schon auf anderem Weg in Gold umgewandelt hat
  • Ich dachte, das auf diese Weise erzeugte Gold sei radioaktiv
  • Ich frage mich, ob man eine solche Umwandlung auch schon mit Atomwaffen erreicht hat
  • Ich weiß nicht, ob das wirklich neue Nachrichten sind, ich höre solche Geschichten schon seit Langem
  • Schade, dass man es nicht ALCHEMY statt ALICE genannt hat
  • Ich denke, Profitabilität ist letztlich nur eine Frage der Zeit; Uber war ja auch jahrelang nicht profitabel, man muss nur die Skaleneffekte erreichen und warten, die Alchemie geht weiter, die Elementumwandlung hat gerade erst begonnen
  • Ich frage mich, was Newton gedacht hätte, wenn er heute leben würde
• Das diesmal erzeugte Gold ist das Isotop Gold-203; dieses Isotop ist radioaktiv und zerfällt innerhalb einer Minute zu Quecksilber-203, das ebenfalls radioaktiv ist; das Gold, das wir kennen, ist Gold-197, und die Umwandlung von Blei in Gold-197 wurde bereits 1980 erreicht; in allen Fällen war die auf diese Weise gewonnene Goldmenge so gering, dass sie als Edelmetall praktisch keinerlei ursprünglichen Wert hat
• Ich habe am Brookhaven National Lab an einer RHIC-bezogenen Publikation gearbeitet, dem Vorläufer des Schwerionenprogramms des LHC; damals gab es bei RHIC Experimente mit Goldkollisionen, und ein Gutachter fragte, ob man aus Kostengründen nicht auf das billigere Element Blei umsteigen könne; niemand im Experimentteam konnte darauf antworten; soweit ich mich erinnere, wurde im gesamten Programm über die Jahre hinweg nicht einmal 1 Milligramm Gold verbraucht
  • Hätte man damals auf Blei umgestellt, hätte man möglicherweise sogar mehrere zusätzliche Milligramm Gold erzeugt
• Aus Spaß habe ich ausgerechnet, wie lange es dauern würde, bis der LHC und Alice die Finanzierung des FCC (15B CHF, zum Goldpreis gerechnet) durch Goldproduktion decken könnten; unter Annahme perfekter Bedingungen wären dafür ganze 185 Milliarden Jahre nötig, das Universum ist nur etwa 14 Milliarden Jahre alt (die Hubble-Spannung ignoriere ich hier)
  • Da die Kosten für die Goldproduktion höher sind als der tatsächlich gewonnene Wert, ist die Dauer faktisch unendlich
  • Man muss sich also keine Sorgen machen, dass der LHC das Goldangebot verwässert; Asteroidenbergbau wäre da eher ein relevanter Faktor
  • Das gilt natürlich nur, wenn man Gold weiterhin auf genau dieselbe Weise produziert; ich frage mich, was passieren würde, wenn sich der Prozess verbessert oder man eine Wachstumsrate einbezieht
• Bei Diskussionen über technologischen Fortschritt bleibt mir oft dieser Gedanke: Schon Anfang des 20. Jahrhunderts hieß es, der technologische Höhepunkt sei erreicht, und auch heute hört man das gelegentlich; aber die Grenzen, auf die wir heute stoßen, wirken auf mich eher wie Grenzen bei Ressourcen und Engineering als bei Wissen; wir können alchemistisches Gold tatsächlich herstellen, aber nicht in praktischen Mengen; das Problem ist nicht, dass wir nicht wissen, wie es geht, sondern dass die Produktivität viel zu niedrig ist; Materialwissenschaft, Chemie und Physik könnten uns künftig zwar noch mehr praktisches Wissen liefern, aber ich glaube nicht, dass das Tempo des technologischen Fortschritts dort so hoch bleibt wie bisher; Bereiche mit unmittelbarer Anwendbarkeit auf heutige Technologie sehe ich eher in Biochemie und Biologie, dort haben wir noch kaum angefangen; selbst wenn wir keinen Überlichtantrieb finden, könnte es reichen, unsere Körper so zu verändern, dass sie Hunderte oder Tausende Jahre erhalten bleiben, dann wäre diese Grenze gar nicht mehr relevant; ich halte die freie Manipulation von Biologie für weit gefährlicher als nukleare Proliferation, aber das ist keine Expertenmeinung, nur mein persönlicher Eindruck
  • Ich glaube, Materialwissenschaft und Chemie stehen ebenfalls erst am Anfang; wir beschäftigen uns bislang im Grunde nur mit den Eigenschaften einfacher Bulk-Materialien, während neue Designräume wie Metamaterialien oder molekulare Maschinen praktisch unendlich sind
  • Materialwissenschaft ist trotz ausreichender theoretischer Frameworks und Rechenleistung im Nano- bis Mikromaßstab praktisch kaum wirklich vorhersagbar; Fortschritte kamen dort meist empirisch und experimentell zustande; wenn dieses Gebiet mathematisch lösbar wird, könnte das Innovationen auf dem Niveau von Industrie und IT auslösen; auch für die Bio-Revolution ist solche Berechenbarkeit essenziell, und in letzter Zeit gibt es ein paar Fortschritte, die mich sehr hoffen lassen
  • Zu sagen, wir seien bereits an Ressourcen- und Technikgrenzen angekommen, erscheint mir verfrüht, solange eine mögliche Singularität noch bevorstehen könnte und wir noch nicht einmal eine Dyson-Sphäre gebaut haben
  • Entscheidend ist, wie weit wir unser vorhandenes Wissen und unsere Technik praktisch umsetzen können; wegen der Krise der Demokratie, Grenzen der Rechenleistung und der Selbstkannibalisierung von Plattformen spürt man zwar gewisse Mauern, aber wenn es nicht Pandemie, Kriege und soziale Unruhen gegeben hätte, würde man unsere Zeit vielleicht als Ära wissenschaftlicher Innovation in Erinnerung behalten; schon CRISPR und AI allein könnten für eine ganze Epoche stehen; insgesamt scheint es mir noch zu früh, von einer allgemeinen starken Verlangsamung in praktischen Bereichen zu sprechen, deshalb bin ich eher optimistisch
• Ich frage mich, ob die Besessenheit der Physiker, aus unedlen Metallen Gold zu machen, in Wahrheit das eigentliche Ziel des LHC war; von Newton heißt es ja auch, er habe 30 Jahre seines Lebens der Alchemie gewidmet
  • Wenn man sich Sorgen um Budgetkürzungen macht, ist es eine gute Lösung, Blei in Gold zu verwandeln
  • Das war einfach nur eine amüsante Sache; möglich war es schon früher, aber es war immer zu teuer, um praktisch nutzbar zu sein
  • Es gibt auch einen interessanten Text über Alchemie und Nobelpreise
  • Wahrscheinlich unternehmen die Anunnaki gerade einen letzten verzweifelten Versuch für ein groß angelegtes Projekt zur Gewinnung von atmosphärischem Gold
  • Ich denke, die Ars Magna lebt noch; wenn die Alchemisten nur darüber hinwegkämen, dass ihre religiös geprägten naturphilosophischen Theorien grundlegend überarbeitet werden müssten, hätten sie das Zeitalter der modernen Chemie wahrscheinlich äußerst faszinierend gefunden
• Eine zufällige Frage: Warum wurden Blei und Gold historisch so stark miteinander verknüpft, und warum konzentrierten sich Alchemisten so sehr auf die Umwandlung von Blei in Gold? Warum nicht Eisen oder Quarz? Vielleicht weil beide schwer und weich sind?
  • Die zentrale Theorie damals war, dass Metalle sich unter der Erde auf natürliche Weise allmählich in edlere Metalle verwandeln, mit Gold als Endstufe; der Versuch, Blei in Gold zu verwandeln, war also kein magisches Denken, sondern ein rationaler Versuch, die Natur im Labor nachzubilden
  • Vermutlich, weil Blei oft zum Fälschen von Münzen verwendet wurde; vergoldete Bleimünzen gab es viele, und die Szenen in Mittelalterfilmen, in denen jemand auf eine Goldmünze beißt, kommen genau daher; das ultimative Ziel war, es wirklich zu verwandeln
  • Der Artikel nennt den Grund auch: Blei hat ein ähnliches Gewicht wie Gold, dazu kommen die Schönheit und Seltenheit von Gold
  • Tatsächlich wurde vergoldetes Blei schon als Täuschung verkauft, aber wegen der unterschiedlichen Schmelzpunkte von Gold und Blei war perfekte Fälschung unmöglich; Alchemie zielte nicht auf die Atomebene, sondern auf die Veränderung von Eigenschaften wie Farbe oder Schmelzpunkt
  • Wahrscheinlich nahm man an, dass Blei Gold näher steht als Eisen, weil das Gewicht ähnlicher ist; es gab auch Versuche, Silber in Gold umzuwandeln, vielleicht weil dafür sogar noch weniger Änderung nötig schien
  • Ein Freund, der sich für Alchemie begeisterte, meinte, der Unterschied seien nur drei Protonen; allerdings ist fraglich, ob frühere Alchemisten irgendetwas über Kernstruktur wussten
  • Alchemisten verbargen ihre Rezepte oft absichtlich, daher waren Blei, Gold, Quecksilber und andere Begriffe auch Chiffren für reale Stoffe; Dschābir ibn Hayyān (Geber) schrieb ebenfalls in einem eigenen Code, die eigentlichen Geheimnisse liegen bis heute im Dunkeln
  • Bleiiodid sieht optisch fast wie Gold aus, vielleicht hängt es auch damit zusammen
  • Wahrscheinlich dachte man einfach: „Wenn wir es glänzender machen, werden wir reich“; dass eine erfolgreiche Umwandlung von Blei in Gold die Knappheit von Gold aufheben und damit den Goldpreis senken würde, dürfte kaum bedacht worden sein
  • Alchemie hatte auch starke religiöse und transzendente Bedeutungen; man glaubte, Namen und Eigenschaften von Naturstoffen hätten selbst symbolische Bedeutung; die Umwandlung von Metallen symbolisierte die Verwandlung der Seele (Blei = Verderbnis, Gold = Göttlichkeit), und man glaubte, der Stein der Weisen könne sowohl Seele als auch Materie verwandeln; zugleich war es eine Möglichkeit, schwer zugängliche adelige Gönner zu täuschen; dazu gibt es auch einen interessanten Reddit-Beitrag
• Am Ende haben wir es geschafft, Blei in Gold zu verwandeln, aber in der Praxis ist es effizienter und profitabler, massenhaft Grafikkarten zu bauen, Kryptowährungen zu minen und unter großem Wassereinsatz digitales Geld zu produzieren; die Realität ähnelt am Ende vielen Pyramidensystemen
• Letztlich brauchten Alchemisten also nur einen riesigen Teilchenbeschleuniger, sie waren ihrer Zeit weit voraus
  • Das deutet wohl an, dass der Stein der Weisen als „Ring“ im Boden vergraben sein musste
  • So nach dem Motto: „Wir brauchen nur noch einen etwas größeren Transmutationskreis“, dann ziehen wir einen Kreis um die ganze Stadt und machen organisches Material zu Gold
• Viele rechnen hier wirtschaftlich, aber das tatsächlich erzeugte Gold ist ein instabiles Isotop mit einer Halbwertszeit von Sekunden; solche Experimente gab es schon mehrfach; bevor man überhaupt über Ökonomie spricht, müsste man erst einmal einen Weg finden, unter rund 40 Isotopen das einzige stabile herzustellen