CERN的ALICE 探測器。圖片來源：Maximillien Brice/CERN

中世紀歐洲煉金術士一直都有點石成金的夢想，他們想將普通金屬轉換為昂貴的黃金。在種類繁多的金屬中，讓他們覺得最有潛力的是鉛。這種暗淡的金屬密度和黃金類似，卻遠比黃金常見。煉金術士如果能找到把鉛轉換成金的方法，那一定能借此大賺一筆。

后來的事情，學過中學化學的我們都知道了。以煉金術士熟悉的化學手段，不可能將含有82個質子的鉛原子轉換成含有79個質子的金原子。如果想強行將鉛轉換成金，那應該找搞物理的，更準確來說，是粒子物理學家。

現代物理學家早就有了將其他元素轉換成金的例子。最早在1941年《物理評論》（

Physical Review

1941年時，班布里奇博士使用的儀器不過是一臺普通的回旋加速器。將近一個世紀后的今天，物理學家的加速器已經更加先進，那是不是可以產生更多黃金呢？近期在《物理評論C》（

Physical Review C

虧本的機器

在大型強子對撞機中，鉛核以99.999993%的光速運動。當兩束鉛離子沒有直接“迎頭相撞”，而是近距離“擦肩而過”時，一個鉛離子周圍的強電磁場會產生高能光子脈沖，進而激發另一個鉛原子核，并使其發生電磁離解（EMD）。簡單來說，就是鉛核會彈出原子核里少量的中子和質子。鉛核含有82個質子，只要它彈出3個質子，就變成了含有79個質子金核。

電磁離解示意圖。大型強子對撞機中的兩束 鉛離子束彼此近距離掠過而不發生碰撞，產生的光子與原子核相互作用可以激發其內部結構的振蕩，并導致少量中子（兩個）和質子（三個）被彈出，留下金原子核。圖片來源： CERN

研究人員分析后發現，目前鉛-鉛碰撞每秒最多可以產生約89 000個金核。但這些金核大多不穩定，在它們撞擊實驗設備或自行裂變成單個質子、中子和其他粒子之前，往往只能存在1微秒。但不管怎么說，大型強子對撞機確實是在批量產生金元素。總的來說，在大型強子對撞機2015-2018年的第二輪運行中，總共產生了約860億個金核。你聽數字好像很多，但算起來質量僅為29皮克（2.9×10?11克），也就是345億分之1克。按照現在七八百的金價計算，大約相當于人民幣五千萬分之一元。

大型強子對撞機在運行過程中，會不斷改進設備性能來提升自身的亮度——這是對撞機的一項關鍵指標，指的是粒子束的流量大小。考慮到這一點，大型強子對撞機第三輪運行產生的金可能是第二輪的2倍。但即使這么算，大型強子對撞機也還是虧大了。事實上，你手里握的黃金都比大型強子對撞機產生的還要多——因為智能手機里就含有一些黃金。在我國，一噸廢舊智能手機金的含量可達280克。按比例來算，一部200克的智能手機大約就含有0.056克黃金，恐怕大型強子對撞機運行幾個世紀也產生不了這么多黃金。

不過好在，科學家建造對撞機并不是為了點鉛成金，也并不擔心虧本。他們是為了提升電磁離解的理論模型，這些模型有助于理解和預測束流損失，進一步提升對撞機的性能。

這點在論文中也有很直觀的體現，這篇發表在《物理評論C》的論文壓根就沒有重點關注鉛核彈出3個質子的情況。相反，他們關注的是鉛核發生電磁離解時，在至少彈出一個中子時，同時伴隨彈出0、1、2、3個質子的概率——彈出3個質子變成金只是這項研究照常研究的一項。

雪崩的價格？

其實，看看現在堅挺的金價就能明白，人類現在根本沒有低成本人造黃金的方法，不然金價也不可能漲到今天這樣。鉆石就是最好的例子，這種璀璨的寶石曾被冠以“鉆石恒久遠，一顆永流傳”的宣傳標語，被視為昂貴的寶石。但到今天，但如果你拿著一枚鉆戒找到珠寶商回收，在他們看來鉆石本身的價值可能還不如作為底座的戒指本身高。盡管鉆石的璀璨不減當年，但只要我們掌握了低成本生產鉆石的方法，它的價格自然就會回落到珠寶商不愿回收的程度。

圖片來源：unsplash

目前人工培育鉆石有兩種技術路徑，一種是高溫高壓法（HPHT），即通過六面頂壓機在1300-1600攝氏度、60億帕以上的高溫高壓環境下，以石墨為原材料，在催化劑的作用下將石墨轉化成鉆石原石。另一種是微波等離子化學氣相沉積法（MPCVD），簡單來說就是在充滿氫氣和含碳氣體（例如甲烷）的真空室內，能量源（通常是微波束）分解氣體分子，碳原子向較冷、平坦的鉆石種子板擴散、結晶，從而讓金剛石晶體不斷生長。

在河南，各類鉆石生產企業用不同的方式生產鉆石，讓河南成為了全世界最主要的鉆石產地之一。這些鉆石有的供給珠寶商，有的供給光學、機械用途。但不論是用什么方式生產，以及用作什么用途，人造鉆石都和天然鉆石沒有任何區別——這么說也不太嚴謹，因為天然鉆石確實不如人造鉆石純凈。而且，人造鉆石的制作周期只要幾周，可以批量生產。

不過，至少在目前看來，短時間人造黃金只能停留在實驗探索的層面，我們還沒有能力像生產鉆石一樣生產黃金，黃金的價格應該也不會發生像鉆石一樣的雪崩。

不過，最后還是要補充一句，本文不構成任何投資建議，也不建議各位讀者在家用對撞機自制黃金。

參考文獻：

https://mp.weixin.qq.com/s/4Fx4I4zC2NrvRwdavd5nlw

https://home.cern/news/news/physics/alice-detects-conversion-lead-gold-lhc

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01484-3

https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.111.054906

https://www.kepu.net.cn/kpqykj/all/2023/202308/t20230828_172353.html

https://www.news.cn/tech/20230706/739667fa84d94dcf8c8492468dd3d1a0/c.html

https://www.news.cn/fashion/20230602/e087587a2c424641ba6579e3fedd603f/c.html

來源：環球科學

編輯：千里雁啼

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