LHC में सीसे के सोने में बदलने की घटना पहली बार दर्ज

• ALICE सहयोगी टीम ने CERN के LHC में उच्च-ऊर्जा सीसा नाभिक टक्करों के माध्यम से सीसे के सोने में बदलने की प्रक्रिया को मात्रात्मक रूप से मापा
• इस प्रयोग ने दिखाया कि निकटवर्ती टक्करों के दौरान शक्तिशाली विद्युतचुंबकीय क्षेत्र की वजह से सीसा नाभिक से प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं, जिससे अत्यल्प मात्रा में सोने के नाभिक बनते हैं
• ZDC डिटेक्टर का उपयोग करके सीसा, थैलियम, पारा और सोने के निर्माण की व्यवस्थित रूप से जांच की गई
• बने हुए सोने के नाभिक बहुत कम समय तक मौजूद रहते हैं, और उनकी मात्रा अत्यंत सूक्ष्म होने के कारण उनका वास्तविक आभूषण निर्माण में उपयोग संभव नहीं है
• यह शोध विद्युतचुंबकीय विघटन सिद्धांत की जांच करने और भविष्य के एक्सेलरेटरों के प्रदर्शन सुधार में योगदान देने वाला नया डेटा प्रदान करता है

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LHC में ALICE के जरिए सीसा-से-सोना रूपांतरण प्रयोग का महत्व

• ALICE सहयोगी टीम ने CERN के LHC में उच्च-ऊर्जा सीसा नाभिक की निकटवर्ती टक्कर के प्रयोगों के जरिए यह पहली बार व्यवस्थित रूप से प्रयोगात्मक तौर पर दर्ज किया कि सीसा अत्यल्प मात्रा के सोने में बदलता है
• इस शोध ने दिखाया कि मध्ययुगीन रसायनविदों का पुराना सपना नाभिकीय भौतिकी के स्तर पर वास्तव में संभव है, और इसने एक नए रूपांतरण तंत्र को मापा

रसायनविदों का पुराना सपना और नाभिकीय भौतिकी की प्रगति

• पारंपरिक रूप से सीसे को कीमती धातु सोने में बदलना रसायनविद्या का लक्ष्य था, लेकिन वास्तव में दोनों तत्वों के रासायनिक गुण पूरी तरह अलग हैं
• 20वीं सदी में यह पता चला कि नाभिकीय अभिक्रियाओं का उपयोग करके भारी तत्वों के बीच परस्पर रूपांतरण संभव है
• पहले भी कृत्रिम रूप से सोना बनाने के रिकॉर्ड रहे हैं, लेकिन इस बार सीसा नाभिक की निकटवर्ती टक्कर से उत्पन्न नए तंत्र द्वारा होने वाले रूपांतरण को मात्रात्मक रूप से मापा गया है

LHC में सीसा टक्कर और नए कणों का निर्माण

• LHC में सीसा नाभिकों की उच्च-ऊर्जा आमने-सामने की टक्कर में quark-gluon plasma बनता है
• लेकिन अधिक सामान्य निकटवर्ती टक्करों में, नाभिक वास्तव में टकराए बिना भी शक्तिशाली विद्युतचुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है
• इस दौरान विद्युतचुंबकीय विघटन की प्रक्रिया होती है, और photon-nucleus interaction के कारण आंतरिक संरचना में कंपन होता है, जिससे कुछ neutron और proton उत्सर्जित होते हैं
• सोना बनने के लिए सीसा नाभिक से तीन प्रोटॉन हटाना आवश्यक है

ALICE डिटेक्टर और सोना निर्माण का मापन

• ALICE प्रयोग में ZDC(Zero Degree Calorimeter) डिटेक्टर का उपयोग करके photon-nucleus interaction से बने विभिन्न नाभिकीय प्रकारों में अंतर किया गया
• इस तरीके से सीसा, थैलियम, पारा और सोने के नाभिकीय निर्माण की मात्रा का ठोस विश्लेषण किया गया
• प्रयोग के परिणामों के अनुसार, LHC ALICE टक्कर बिंदु पर प्रति सेकंड लगभग 89,000 सोने के नाभिक बनते पाए गए
• बने हुए सोने के नाभिक बहुत अधिक ऊर्जा के साथ LHC संरचना से टकराकर तुरंत टूट जाते हैं, इसलिए उनका अस्तित्वकाल बेहद कम होता है

LHC प्रयोग में सोने की मात्रा और उसका अर्थ

• LHC Run 2 अवधि (2015~2018) के दौरान लगभग 86 अरब सोने के नाभिक बनाए गए
• द्रव्यमान में बदलने पर यह केवल 29 पिकोग्राम (2.9 ×10^-11 g) है, इसलिए इसका वास्तविक कीमती धातु के रूप में उपयोग संभव नहीं है
• नवीनतम Run 3 में सोने के निर्माण की मात्रा लगभग दोगुनी हुई है, लेकिन यह अब भी इतना नहीं कि एक छोटा आभूषण भी बनाया जा सके
• इस तरह मध्ययुगीन रसायनविद्या का सपना तकनीकी रूप से साकार हुआ है, लेकिन धन-संपदा के रूप में यह अभी भी बहुत दूर की बात है

ALICE परिणामों का महत्व और भविष्य के उपयोग

• ALICE के ZDC की बदौलत यह विश्लेषण LHC में सोना बनने के संकेत का पहला व्यवस्थित और प्रयोगात्मक दर्ज तथा मापन है
• ये परिणाम विद्युतचुंबकीय विघटन सिद्धांत को अधिक सटीक बनाने में मदद करते हैं, और ऐसे सिद्धांत LHC तथा भविष्य के एक्सेलरेटरों में beam loss prediction जैसे व्यावहारिक क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण हैं

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Hacker News की राय

• यह पता चला कि LHC के Run 2 अवधि (2015~2018) के दौरान चार प्रमुख प्रयोगों में लगभग 86 अरब सोने के परमाणु नाभिक बने, जो द्रव्यमान के हिसाब से लगभग 29 पिकोग्राम (2.9 ×10^-11 g) के बराबर है। 1 औंस बनाने के लिए इसे खरबों गुना बढ़ाना पड़ेगा, लेकिन अब रसायनविदों का सदियों पुराना सपना, सीसे को सोने में बदलना, particle accelerator में सह-प्रभाव के रूप में हो रहा है।
  • हिसाब लगाकर देखा तो LHC के break-even पर आने के लिए सोने की कीमत 48 क्वाड्रिलियन डॉलर प्रति औंस होनी चाहिए।
  • यह scale वाकई चौंकाने वाला है, 86 अरब नाभिक सिर्फ 29 पिकोग्राम हैं। 1 ग्राम = 10^12 पिकोग्राम होता है, और 1 ग्राम सोने में 10^23 सोने के परमाणु नाभिक होते हैं।
  • आखिरकार सचमुच ऐसा लग रहा है जैसे Philosopher's Stone हाथ लग गया हो।
  • चूँकि यह मूल उद्देश्य नहीं था, इसलिए मात्रा इतनी है; अगर सोना बनाना ही मुख्य लक्ष्य हो, तो शायद कहीं ज़्यादा बनाया जा सकता है।
  • लगता है nVidia को जल्दी कॉल करनी चाहिए, यह कंपनी पहले से GPU में accelerator इंटीग्रेट कर रही है और Moore's law से भी बेहतर scaling करती है।
  • रुको, मैं यह भूल गया था कि ये नाभिक सिर्फ microseconds तक ही रहे। असल में यह scalable नहीं है, बस एक trick है।
  • सोच रहा हूँ क्या किसी और तरीके से भी सीसे को सोने में बदला गया है।
  • मेरी समझ थी कि ऐसी bombardment से बना सोना radioactive होता है।
  • सोच रहा हूँ क्या nuclear weapons में भी इस तरह का परिवर्तन पहले किया गया होगा।
  • पता नहीं यह नई खबर है या नहीं, यह कहानी तो पहले से सुनता आया हूँ।
  • अफसोस है कि इसका नाम ALICE की जगह ALCHEMY नहीं रखा गया।
  • मुझे लगता है profitability आखिरकार सिर्फ समय का सवाल है। Uber भी कई साल तक profitable नहीं था। बस economies of scale आ जाएँ तो इंतज़ार करना होगा। alchemy जारी रहेगी, element transmutation तो अभी शुरू ही हुई है।
  • अगर Newton आज ज़िंदा होते तो क्या सोचते, यह जानने की जिज्ञासा है।
• इस बार बना सोना gold-203 isotope है। यह isotope radioactive है और 1 मिनट में mercury-203 में decay हो जाता है, जो खुद भी radioactive है। जो सोना हम जानते हैं वह gold-197 है। सीसे से gold-197 में परिवर्तन भी 1980 में पहले ही किया जा चुका था। हर मामले में इस तरह मिला सोना इतना कम था कि precious metal के रूप में उसका कोई वास्तविक मूल्य नहीं था।
• मैंने Brookhaven National Lab में RHIC से जुड़े papers पर काम किया था, जो LHC heavy-ion program का predecessor था। उस समय RHIC में gold collision experiments होते थे, और एक reviewer ने पूछा था कि क्या बजट बचाने के लिए इसे सस्ते element, lead, से बदला जा सकता है। experimental team में से कोई जवाब नहीं दे पाया। मुझे याद है कि पूरे career में program ने 1 milligram से भी कम सोना इस्तेमाल किया था।
  • अगर उस समय lead इस्तेमाल किया गया होता, तो शायद उल्टा कई milligram अतिरिक्त सोना बन गया होता।
• मज़े के लिए मैंने हिसाब लगाया कि LHC और Alice को FCC (15B CHF, सोने की मौजूदा कीमत के हिसाब से) की funding सोना बनाकर जुटाने में कितना समय लगेगा। पूरी तरह आदर्श conditions मानें तो लगभग 185 अरब साल लगेंगे। इस ब्रह्मांड की उम्र ही लगभग 14 अरब साल है (यहाँ Hubble tension को नज़रअंदाज़ कर रहा हूँ)।
  • क्योंकि सोना बनाने की लागत उससे मिलने वाले मूल्य से ज़्यादा है, इसलिए असल में यह समय practically infinite है।
  • इसलिए LHC के कारण सोने की supply dilute होने की चिंता नहीं करनी चाहिए। बल्कि asteroid mining कहीं ज़्यादा मायने रखने वाला factor है।
  • यहाँ सिर्फ अभी वाले तरीके से सोना बनाने की बात हो रही है। अगर process बेहतर हो जाए तो क्या होगा, और growth rate जोड़ें तो तस्वीर कैसी बनेगी, यह सोचने लायक है।
• तकनीकी प्रगति पर चर्चा सुनते समय मेरे मन में अक्सर यह खयाल आता है। 20वीं सदी की शुरुआत में भी लोग कहते थे कि technology अपने peak पर पहुँच गई है, और आज भी कभी-कभी ऐसी बातें सुनाई देती हैं। लेकिन अब जो सीमाएँ हमारे सामने हैं, वे ज्ञान की नहीं बल्कि resources और engineering की सीमाएँ लगती हैं। सचमुच alchemical gold conversion संभव हो चुकी है, पर हम practical quantity बनाने में सक्षम नहीं हैं। समस्या यह नहीं कि कैसे करना है यह नहीं पता, बल्कि यह है कि productivity बहुत कम है। आगे materials science, chemistry और physics हमें और practical knowledge दे सकते हैं, लेकिन शायद technology की रफ्तार अब जैसी तेज नहीं रहेगी। अभी के समय में जो क्षेत्र सीधे technology में तुरंत लागू हो सकते हैं, वे biochemistry और biology ज़्यादा लगते हैं। उन क्षेत्रों की तो अभी शुरुआत भी नहीं हुई है। अगर हम faster-than-light travel न भी खोज पाएँ, लेकिन शरीर को सैकड़ों या हज़ारों साल तक सुरक्षित रखने लायक बदल सकें, तो वह ऐसी सीमा होगी जिसे पार करने की ज़रूरत ही नहीं पड़ेगी। मुझे लगता है biology को मनचाहे ढंग से manipulate करना nuclear proliferation से कहीं ज़्यादा खतरनाक हो सकता है। मैं विशेषज्ञ नहीं हूँ, यह सिर्फ निजी विचार है।
  • मुझे तो अभी भी लगता है कि materials science और chemistry की बस शुरुआत है। हम वास्तव में अभी सिर्फ साधारण bulk materials के गुणों से निपट रहे हैं। metamaterials, molecular machines जैसी नई design spaces लगभग असीम हैं।
  • materials science में पर्याप्त theoretical framework और computing power होने के बावजूद nano से micro scale पर व्यावहारिक prediction करना कठिन है। अब तक ज़्यादातर breakthroughs empirical methods और experiments से आए हैं। जिस दिन यह क्षेत्र गणितीय रूप से हल होने लगेगा, उसी दिन industry और IT जैसी innovation दिखाई देगी। bio revolution के लिए भी ऐसी computability ज़रूरी है। हाल में कुछ प्रगति दिखी है, इसलिए मुझे काफी उम्मीद है।
  • यह कहना कि हम resources और engineering limits तक पहुँच गए हैं, तब अजीब लगता है जब कोई विशेष singularity अभी सामने हो सकती है और हम Dyson sphere भी नहीं बना पाए हैं। शिकायत करने का समय अभी नहीं आया।
  • असली सवाल यह है कि जो knowledge और technology हमारे पास है, उसे हम कितनी दूर तक practical बना सकते हैं। democracy का संकट, computer processing power की सीमा, platforms का self-cannibalization जैसी बातों से रुकावट महसूस होती है, लेकिन सच कहें तो अगर pandemic, युद्ध और सामाजिक अव्यवस्था न होती, तो शायद इस दौर को वैज्ञानिक innovation के युग के रूप में याद किया जाता। सिर्फ CRISPR और AI ही एक युग का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। कुल मिलाकर अभी यह कह देना जल्दबाज़ी होगी कि practical क्षेत्रों में तेज़ी से slowdown आ चुका है। इसलिए मैं थोड़ा ज़्यादा आशावादी हूँ।
• यह सोचकर जिज्ञासा होती है कि कहीं physicists का base metals को gold में बदलने का जुनून ही LHC का असली उद्देश्य तो नहीं था। कहा जाता है कि Newton ने भी जीवन के 30 साल alchemy पर लगाए थे।
  • अगर budget cuts की चिंता है, तो lead को gold में बदलना बढ़िया समाधान है।
  • यह बस एक मज़ेदार बात थी। यह पहले से संभव था, लेकिन इतना महँगा कि कोई practical उपयोग नहीं था।
  • alchemy और Nobel Prize पर एक मज़ेदार लेख भी है।
  • शायद Anunnaki बड़े पैमाने पर atmospheric gold extraction project के लिए कोई desperate कोशिश कर रहे हों।
  • मुझे लगता है Ars Magna में अब भी जान बाकी है। अगर alchemists इस बात को स्वीकार कर लेते कि उनकी धार्मिक natural philosophy को बुनियादी संशोधन चाहिए, तो आधुनिक chemistry का युग उन्हें बेहद रोचक लगता।
• एक random सवाल है: ऐतिहासिक रूप से lead और gold इतने जुड़े हुए क्यों थे? alchemists ने lead से gold में बदलने पर ही इतना ध्यान क्यों दिया? iron या quartz क्यों नहीं? क्या सिर्फ इसलिए कि दोनों भारी और मुलायम हैं?
  • उस समय का मुख्य सिद्धांत यह था कि metals धरती के भीतर स्वाभाविक रूप से धीरे-धीरे अधिक महान metals में बदलते हैं, और उसका अंतिम चरण gold है। इसलिए lead को gold में बदलने की कोशिश कोई जादुई सोच नहीं थी, बल्कि nature को laboratory में दोहराने की एक तर्कसंगत कोशिश थी।
  • शायद इसलिए कि नकली सिक्कों में lead का बहुत इस्तेमाल होता था। gold-plated lead coins आम थे, और मध्ययुगीन फिल्मों में सोने के सिक्के को दाँत से काटकर देखने वाला दृश्य इसी वजह से है। lead को सचमुच gold में बदलना ultimate goal था।
  • लेख में भी कारण बताया गया है: lead का वज़न gold जैसा है, और gold अपनी सुंदरता और दुर्लभता के कारण खास है।
  • वास्तव में gold-plated lead को धोखे से बेचा गया है, लेकिन gold के melting point के अंतर के कारण perfect forgery संभव नहीं थी। alchemy परमाणु-स्तर की नहीं बल्कि गुणों (रंग, melting point आदि) को बदलने की कोशिश थी।
  • शायद उन्हें लगता था कि वज़न iron की तुलना में ज़्यादा मिलता-जुलता है, इसलिए कोई नज़दीकी रिश्ता होगा। silver को gold में बदलने की कोशिशें भी थीं। शायद वह और आसान लगती थीं क्योंकि बदलाव कम चाहिए था।
  • alchemy में डूबे एक दोस्त ने कहा था कि फर्क तो बस तीन protons का है। लेकिन क्या पुराने alchemists को nuclear structure का पता रहा होगा?
  • alchemists अपनी recipes छिपाते थे, इसलिए lead, gold, mercury वगैरह असल पदार्थों के code words भी होते थे। Jabir ibn Hayyan (Geber) ने भी अपने नोट्स अपने खास cipher में लिखे थे। असली विधियाँ आज भी रहस्य में ढकी हैं।
  • lead iodide दिखने में लगभग gold जैसा होता है। शायद उसका भी कुछ संबंध हो।
  • शायद सोच यह रही होगी कि “इसे थोड़ा और चमकदार बना दें तो अमीर बन जाएँगे।” उन्हें शायद यह नहीं सूझा कि अगर gold economy में lead को gold में बदलना सफल हो गया, तो gold की scarcity खत्म हो जाएगी और उसकी कीमत गिर जाएगी।
  • alchemy का धार्मिक और पारलौकिक अर्थ भी गहरा था। उनका विश्वास था कि प्राकृतिक वस्तुओं के नाम और गुणों में प्रतीकात्मक अर्थ निहित हैं। metal transmutation आत्मा के परिवर्तन का प्रतीक थी (lead = पतन, gold = दिव्यता), और Philosopher's Stone आत्मा और पदार्थ दोनों को बदलता है। यह उन aristocratic patrons को ठगने का तरीका भी था जिन तक पहुँचना कठिन था। इस पर एक दिलचस्प Reddit पोस्ट भी है।
• आखिरकार सीसे को सोने में बदलने में सफलता मिल गई, लेकिन व्यावहारिक रूप से इससे अधिक कुशल और लाभदायक काम यह निकला कि ढेर सारे graphics cards बनाए जाएँ, cryptocurrency चलाई जाए और पानी बहाकर digital currency पैदा की जाए। हकीकत कई pyramid schemes जैसी संरचनाओं तक जा पहुँचती है।
• तो अंततः alchemists को बस एक विशाल particle accelerator की ज़रूरत थी। वे अपने समय से बहुत आगे थे।
  • इसका मतलब यह हुआ कि Philosopher's Stone को ज़मीन के नीचे ‘ring’ के रूप में दफन होना था।
  • “बस थोड़ा बड़ा transmutation circle चाहिए” जैसे मज़ाक में कहा जा सकता है कि पूरे शहर के चारों ओर घेरा बनाकर organic matter को gold में बदला जाए।
• बहुत लोग यहाँ आर्थिक गणना कर रहे हैं, लेकिन वास्तव में जो gold बना वह seconds के order की half-life वाला एक unstable isotope है। इस तरह के प्रयोग पहले भी कई बार हो चुके हैं। अर्थशास्त्र की बात करने से पहले, लगभग 40 isotopes में से उस एकमात्र stable isotope को बनाने का तरीका ढूँढना होगा।