Khoa học hiện đại đã có thể biến kim loại khác thành vàng, nhưng cái giá phải trả là ‘không thể tưởng tượng nổi’!

Ý tưởng biến kim loại thành vàng có nguồn gốc từ triết học cổ đại, nhưng khi tái xuất hiện ở châu Âu thời trung cổ, nó mang một ý nghĩa hoàn toàn thực tiễn: biến một kim loại rẻ tiền thành vàng là con đường chắc chắn dẫn đến sự giàu có.

Các nhà giả kim tin rằng kim loại chứa các thành phần cơ bản là thủy ngân, lưu huỳnh và muối. Do đó, họ đưa ra giả thuyết rằng bằng cách sắp xếp lại các thành phần này và loại bỏ tạp chất, tất cả kim loại cuối cùng sẽ “chín” thành dạng tinh khiết nhất là vàng. “Không ai thực sự nghi ngờ khả năng này”, Umberto Veronesi, nhà khảo cổ học tại Đại học NOVA Lisbon, cho biết.

Sự xuất hiện của khoa học hiện đại vào thế kỷ 17 và 18 đã dần làm mất uy tín của những ý tưởng này, và thuật giả kim bị thay thế bởi các ngành hóa học và vật lý mới. Tuy nhiên, thật bất ngờ, các nhà khoa học hạt nhân đã nắm giữ bí mật về sự biến đổi huyền thoại này trong gần một thế kỷ.

Vật lý hạt nhân giải mã bí mật “chrysopoeia”

Ngày nay, chúng ta biết rằng đặc tính của một nguyên tố được xác định bởi số proton trong hạt nhân của nó. Nguyên tử vàng có 79 proton, trong khi chì có 82 proton. Alexander Kalweit, một nhà vật lý làm việc tại Máy gia tốc hạt lớn (LHC) tại CERN ở Thụy Sĩ, cho biết: “Hạt nhân được giữ lại với nhau bằng lực mạnh và rất khó để loại bỏ một proton hoặc neutron”.

Tuy nhiên, việc sắp xếp lại các thành phần cơ bản của một nguyên tử đồng nghĩa với việc về mặt lý thuyết, ta có thể biến đổi một nguyên tố này thành một nguyên tố khác. “Nếu có đủ năng lượng, ta thực sự có thể thực hiện các phép biến đổi như vậy”, Kalweit nói. “Khi tách ba proton ra khỏi hạt nhân chì, ta đã tạo ra một hạt nhân vàng”.

Sự chuyển hóa thành công đầu tiên từ một kim loại khác thành vàng được báo cáo vào năm 1941, khi các nhà khoa học Harvard sử dụng máy gia tốc hạt để bắn hạt nhân lithium và deuterium vào nguyên tử thủy ngân (có nhiều hơn vàng một proton). Các hạt năng lượng cao đã đánh bật proton và neutron ra khỏi hạt nhân thủy ngân, tạo ra ba đồng vị vàng phóng xạ có thời gian sống ngắn, nhanh chóng phân rã.

Bốn mươi năm sau, thành tựu phi thường này được lặp lại bởi Glenn Seaborg, người đoạt giải Nobel Hóa học, tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở California. Nhóm của ông đã chuyển đổi hàng nghìn nguyên tử bismuth thành vàng bằng cách bắn phá mẫu vật bằng hạt nhân carbon và neon trong một máy gia tốc hạt.

Ngày nay, các nhóm nghiên cứu tại các máy gia tốc hạt trên khắp thế giới tiếp tục báo cáo việc sản xuất vàng như một sản phẩm phụ từ các thí nghiệm của họ. Tại LHC, nhóm của Kalweit đang nghiên cứu các va chạm của các ion chì ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Các va chạm cận va chạm năng lượng thấp hơn tạo ra một trường điện từ mạnh mẽ đánh bật các proton ra khỏi hạt nhân chì, và kết quả là nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra khoảng 29 phần nghìn tỷ gram vàng trong quá trình thử nghiệm kéo dài ba năm.

Giấc mơ vàng và cái giá “không tưởng”

Tuy nhiên, dù đã đạt được giấc mơ của các nhà giả kim, các nhà vật lý hạt nhân khó có thể kiếm được lợi nhuận bằng cách tổng hợp vàng trong máy gia tốc hạt. Chi phí xây dựng và vận hành một cơ sở như Máy gia tốc Hadron Lớn là vô cùng lớn so với giá trị của khối lượng vàng được sản xuất.

Ước tính các thí nghiệm của Seaborg vào những năm 1980 có giá gấp khoảng một nghìn tỷ lần giá vàng mà họ tạo ra. Thêm vào đó, sự hiếm hoi của các tương tác thú vị đồng nghĩa với việc các nhà nghiên cứu phải lội qua hàng tỷ điểm dữ liệu để xác định các nguyên tử đã biến đổi.

“Kể từ những năm 1940, đã có rất nhiều thí nghiệm tạo ra vàng”, Kalweit nói. “Nhưng điểm chung của tất cả là không có thí nghiệm nào mang lại lợi nhuận dù chỉ một chút”.

Mặc dù khoa học hiện đại đã biến giấc mơ “giả kim thuật” thành hiện thực, nó cũng chứng minh một cách mạnh mẽ rằng việc biến kim loại khác thành vàng không phải là con đường dẫn đến sự giàu có.

Ngược lại, nó là một cuộc phiêu lưu khoa học tốn kém và cực kỳ phức tạp, chỉ để lại những khám phá quý giá về bản chất của vật chất và vũ trụ, chứ không phải một kho vàng thực sự.