▲

LHC에서 납이 금으로 변환되는 현상 최초 검출

 (home.cern)
1P by GN⁺ 2일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • ALICE 협력팀이 CERN의 LHC에서 고에너지 납 핵 충돌을 통해 납이 금으로 변환되는 과정을 정량적으로 측정함
  • 이 실험은 근접 충돌 시 강력한 전자기장에 의해 납 핵에서 양성자가 방출되어 극소량의 금 핵이 탄생함을 보여줌
  • ZDC 검출기를 이용해 납, 탈륨, 수은, 금의 생성 여부를 체계적으로 분석했음
  • 생성된 금 핵은 매우 짧은 시간 동안 존재하며, 그 양은 극미량이어서 실제 보석 제작에는 미치지 못함
  • 이번 연구는 전자기 소산 이론을 테스트하고 미래 가속기 성능 개선에 기여할 수 있는 새로운 데이터를 제공함

LHC에서 ALICE를 통한 납-금 전환 실험의 의의

  • ALICE 협력팀은 CERN의 LHC에서 고에너지 납 핵의 근접 충돌 실험을 통해 납이 극소량의 금으로 변환됨을 실험적으로 최초로 체계적으로 검출함
  • 이 연구는 중세 연금술사의 오랜 꿈이 핵물리학적 실제로 가능함을 보여주었으며, 새로운 전환 메커니즘을 측정함

연금술의 오랜 꿈과 핵물리학의 진전

  • 전통적으로 납을 귀금속인 금으로 바꾸는 것이 연금술의 목표였으나, 실제로 두 원소는 전혀 다른 화학적 특성을 가짐
  • 20세기에 들어 핵반응을 이용해 무거운 원소끼리 상호변환이 가능하다는 사실이 발견됨
  • 과거에도 인공적으로 금을 만든 기록은 있으나, 이번에는 납 핵의 근접 충돌에서 발생하는 새로운 메커니즘에 의한 전환 현상을 정량 측정함

LHC에서의 납 충돌과 새로운 입자 생성

  • LHC에서 납 핵끼리의 고에너지 정면 충돌에서는 쿼크-글루온 플라즈마가 생성됨
  • 그러나 더 흔히 발생하는 근접 충돌에서는, 핵끼리 실제로 부딪히지 않아도 강한 전자기장이 발생함
  • 이때 전자기 소산 과정이 발생하여, 광자-핵 상호작용에 의해 내부 구조가 진동하며 소수의 중성자와 양성자가 방출됨
  • 금 생성에는 납 핵에서 세 개의 양성자 제거가 필요함

ALICE 검출기와 금 생성 측정

  • ALICE 실험에서는 ZDC(Zero Degree Calorimeter) 검출기를 활용해 광자-핵 상호작용으로 생성된 핵 종을 구별함
  • 이 방식으로 납, 탈륨, 수은, 금의 핵 생성량을 구체적으로 분석함
  • 실험 결과, LHC ALICE 충돌점에서 초당 약 89,000개의 금 핵이 생성되는 것으로 측정됨
  • 생성된 금 핵은 매우 높은 에너지로 LHC 구조물에 충돌하여 즉시 산산조각나며, 존재 시간은 극히 짧음

LHC 실험에서의 금 생성량과 의미

  • LHC Run 2 기간(2015~2018) 동안 약 860억 개의 금 핵이 제작된 것으로 집계됨
  • 질량으로 환산하면 단 29피코그램(2.9 ×10^-11 g)에 불과하여 실제 귀금속으로 활용 불가함
  • 최신 Run 3에서는 금 생성량이 약 두 배로 증가했으나, 여전히 주얼리 한 조각도 만들지 못하는 수준임
  • 이로써 중세 연금술의 꿈은 기술적으로는 실현됐으나 부의 실현과는 먼 실제임

ALICE 결과의 의의 및 미래 적용

  • ALICE의 ZDC 덕분에 이번 분석이 LHC에서 금 생성 신호를 체계적이고 실험적으로 최초 검출 및 측정한 사례임
  • 이번 결과는 전자기 소산 이론의 정밀화에 기여하며, 이러한 이론은 LHC 및 미래 가속기의 빔 손실 예측 등 실무적인 부분에서도 중요성 가짐
▲
GN⁺ 2일전  [-]
Hacker News 의견
  • LHC의 Run 2 기간(2015~2018) 동안 네 개의 주요 실험에서 약 860억 개의 금 원자핵을 생성함을 알게 됨, 질량으로는 약 29피코그램(2.9 ×10^-11 g)에 해당함, 1온스를 만들려면 수조 배로 늘려야 하지만, 이제 연금술사들의 오랜 꿈이었던 납을 금으로 바꾸는 일이 입자 가속기에서 부수적으로 발생함
    • 계산을 해보니, LHC가 손익분기점이 되려면 금 가격이 온스당 48경 달러가 되어야 함
    • 이 스케일이 정말 놀라움, 860억 개의 원자핵이 겨우 29피코그램에 불과함, 1그램은 10^12 피코그램이고, 금 1그램엔 1,000억 억 개의 금 원자핵이 있음
    • 결국 진정한 철인석을 손에 넣은 것 같은 느낌임
    • 본 목적이 아니었기 때문에 저 정도인데, 만약 금 생산을 주목적으로 삼으면 훨씬 많은 양을 만들어낼 수도 있다고 생각함
    • nVidia에 빨리 전화해 봐야 할 것 같음, 이 회사는 이미 GPU에 accelerator를 통합하고 있고, 무어의 법칙 이상으로 스케일링을 잘함
    • 잠깐, 이 원자핵들은 마이크로초 동안만 존재했다는 사실을 잊었음, 실제로는 스케일이 불가능함, 그냥 트릭임
    • 다른 방법으로도 납을 금으로 변환해본 적 있는지 궁금함
    • 이런 폭격으로 만들어진 금은 방사성을 띤 것으로 알고 있었음
    • 핵무기에서도 이미 이런 변환을 해봤는지 궁금함
    • 이게 새로운 뉴스인지 모르겠음, 오래전부터 들어왔던 이야기임
    • ALICE 대신 ALCHEMY라고 이름 붙였으면 더 좋았을걸 아쉬움이 있음
    • 수익성은 결국 시간 문제라고 생각함, Uber도 수년간 수익 내지 못했음, 규모의 경제만 달성되면 기다리면 됨, 알케미는 계속될 전망, 원소 변환은 이제 시작임
    • 뉴턴이 지금 살아있었으면 무슨 생각을 했을지 궁금함
  • 이번에 생성된 금은 금-203 동위원소임, 이 동위원소는 방사성을 띄고 있고 1분 만에 수은-203(역시 방사성 물질)으로 붕괴됨, 우리가 아는 금은 금-197임, 납에서 금-197로의 변환도 1980년에 이미 이루어졌음, 모든 경우에 이렇게 얻어진 금의 양이 너무 적어서 귀금속으로 본래 가치가 전혀 없음
  • 나는 Brookhaven National Lab에서 RHIC 관련 논문 연구를 했었음, 그곳은 LHC 중이온 프로그램의 전신임, 당시에 RHIC에서 금 충돌 실험을 했었는데 심사위원이 저렴한 원소인 납으로 교체하면 예산을 아낄 수 있지 않냐고 묻더라, 실험팀 누구도 대답을 하지 못함, 평생 프로그램에서 사용한 금이 1밀리그램도 안 됐던 걸로 기억함
    • 만약 그때 납으로 교체했다면 오히려 금을 여러 밀리그램 더 만들어냈을지도 모름
  • 재미로 LHC와 Alice가 FCC(15B CHF, 금 시세 기준) 자금을 금 생산으로 충당하려면 얼마나 걸릴지 계산해봄, 완벽한 조건 가정 시 무려 1850억 년이 필요함, 이 우주는 약 140억 년에 불과함(여기선 허블텐션 무시함)
    • 금을 생산하는 데 드는 비용이 실제로 얻는 것보다 더 많이 들어가기 때문에 사실상 기간이 무한임
    • 그래서 LHC가 금 공급을 희석시킬 걱정은 안 해도 됨, 오히려 소행성 채굴이 더 유의미한 변수임
    • 지금과 똑같은 방식으로 금을 생산하려는 것만 고려하는 건데, 공정이 개선된다면 어떻겠는지, 성장률을 추가하면 어떻게 될지 궁금함
  • 기술 발전에 관한 논의 들을 때마다 이런 생각이 남, 20세기 초에도 기술 정점에 이르렀다고들 했고, 요즘도 종종 그런 얘기가 들림, 근데 이제 우리가 마주한 한계는 지식이 아니라 자원과 엔지니어링 쪽 한계라는 느낌임, 실제로 연금술적 금 변환이 가능해졌지만 실용적 양은 만들 능력이 없음, 어떻게 하는지 모르는 게 아니라 생산성이 너무 낮아서 문제임, 앞으로 소재과학, 화학, 물리학이 더 많은 실용 지식을 줄 순 있겠으나 기술 발전 속도가 지금처럼 빠르진 않을 거 같음, 실제로 당장 기술에 즉각 적용 가능한 분야는 생화학과 생물학에 더 많다고 봄, 그 분야는 아직 시작도 안 했음, 빛보다 빠른 여행법을 못 찾더라도 몸을 수백~수천 년간 보존하게 바꿀 수 있다면 넘을 필요 없는 한계가 될 수 있음, 생물학을 마음대로 조작하는 게 핵확산보다 훨씬 위험하다고 생각함, 전문가가 아니라 그냥 개인적 감상임
    • 아직 소재 과학과 화학은 시작에 불과하다고 봄, 우리는 사실 단순한 벌크 소재의 특성만 다루고 있음, 메타머티리얼, 분자 기계 같은 새로운 설계 공간이 무한함
    • 소재 과학은 충분한 이론적 프레임워크와 계산 역량에도 불구하고 나노~마이크로 스케일에선 실질적 예측이 힘듦, 주로 경험적 방법과 실험으로 돌파해왔음, 이 분야에서 수학적으로 풀리면 산업과 IT 수준의 혁신이 일어날 것, 바이오 혁명에도 이런 계산 가능성이 필수임, 최근 관련 진전이 조금씩 나오고 있어 크게 기대하고 있음
    • 자원과 공학적 한계에 다다랐다기엔 아직 특별한 싱귤래리티가 목전에 와 있고 다이슨 스피어조차 못 만들었는데 불평할 단계가 아니라고 생각함
    • 아는 지식과 기술을 어디까지 실용화할 수 있냐가 관건임, 민주주의의 위기, 컴퓨터 처리 능력의 한계, 플랫폼의 자기잠식 등으로 벽을 느끼긴 하지만, 사실 팬데믹과 전쟁, 사회 혼란만 아니었다면 지금 시대는 과학 혁신의 시대였다고 기억됐을 것임, CRISPR와 AI만으로도 하나의 시대를 대표할 만함, 전반적으로 아직 실용적 분야에서 급격한 둔화를 초래했다고 단정할 단계는 아닌 듯, 그래서 좀 더 낙관적임
  • 물리학자들이 기본 금속을 금으로 만드는 데 집착한 이유가 LHC의 진짜 목적이었을지 궁금해짐, 뉴턴도 평생 30년을 연금술에 쏟았다고 알려짐
    • 예산 삭감이 걱정이라면, 납을 금으로 바꾸는 게 좋은 해결책임
    • 이건 그저 재밌는 일이었음, 예전부터 가능은 했지만 너무 비싸서 실용성이 없었음
    • 알케미와 노벨상 관련된 재미있는 글도 있음
    • 아마 아눈나키가 대규모 대기 금 채취 프로젝트를 위해 벼랑 끝 시도를 하는 중일 듯함
    • Ars Magna가 여전히 생명력을 갖추고 있다고 생각함, 연금술사들이 자신들의 종교적 자연철학 이론이 근본적인 수정을 필요로 한다는 점만 극복한다면, 현대 화학 시대를 무척 흥미롭게 여겼을 것임
  • 무작위 질문임, 역사적으로 왜 납과 금이 그렇게 연결됐는지, 왜 연금술사들은 납에서 금으로의 변환에 집중했을지 궁금함, 철이나 석영같은 건 왜 아니었는지, 아마 둘 다 무겁고 부드럽기 때문인지 의문임
    • 당시 주요 이론은 금속이 땅속에서 자연스럽게 점진적으로 더 고급 금속으로 변모한다는 것, 최종 단계가 금이라고 봤음, 납에서 금으로 변환하려는 건 마법적 사고가 아니라 자연을 실험실에서 재현하려한 합리적 시도였음
    • 동전 위조에 납이 주로 쓰였기 때문인 듯함, 금 도금 납 동전이 많았고 중세 영화에서 금 동전 깨무는 장면이 바로 이 때문임, 납을 진짜로 바꾸는게 ultimate 목표였음
    • 기사에서도 이유를 언급, 납이 금과 비슷하게 무겁고, 금의 아름다움과 희귀함 때문임
    • 실제로 금 도금된 납을 속여서 판 적 있지만, 금의 융점 차이 때문에 완벽한 위조는 불가능했음, 연금술은 원자차원이 아니라 성질(색, 융점 등)을 바꾸는 시도였음
    • 아마도 무게가 철보다는 더 비슷해서 근연 관계일 거라 본 듯함, 은을 금으로 바꾸는 시도도 있었음, 오히려 더 작은 변경만 필요해서 쉬웠나봄
    • 연금술에 빠졌던 친구가 차이는 양성자 세 개뿐이라고 했음, 근데 옛 연금술사들이 핵구조를 알았을지 의문임
    • 연금술사들은 자기 레시피를 숨기려 해서 납, 금, 수은 등은 실제 물질의 은어였음, 자비르 빈 하이얀(게버)도 자신만의 암호로 기록했음, 실제 비법은 아직도 베일에 쌓여 있음
    • 납 아이오디드가 외관상 거의 금과 비슷함, 이와 관련 있을 수도 있음
    • "더 반짝이게 만들면 부자가 될 수 있다"는 식이었을 듯함, 금 경제란 게 있고 납을 금으로 바꿔 성공하면 금 희소성이 사라져 금값이 하락할 거란 생각까진 안 했던 것 같음
    • 연금술은 종교적이고 초월적 의미도 커서, 자연물의 이름과 속성 자체에 상징적 의미가 있다고 믿었음, 금속 변환은 영혼의 변환 상징임(납=타락, 금=신성), 철인석은 영혼과 물질 모두 변환한다고 믿음, 접근이 힘든 귀족 후원자들에게 사기 치는 방법이기도 했음, 이에 관해 흥미로운 Reddit 글도 있음
  • 결국 납을 금으로 바꾸는데 성공했지만, 현실적으로 더 효율적이고 이득인 일은 그래픽카드를 잔뜩 만들어 암호화폐 돌리고 물을 퍼부어 디지털 화폐를 생산하는 걸로 귀결됨, 현실은 수많은 피라미드 사기 구조와 비슷한 결과임
  • 결국 연금술사들에게 필요한 것은 거대 입자 가속기였던 셈, 그들은 당대보다 훨씬 앞서 있었음
    • 철인석(Philosopher's Stone)이 땅 속에 ‘링’ 형태로 묻혀있어야 했다는 암시임
    • “조금만 더 큰 변환진이 필요하다”는 농담 식으로, 도시 전체에 원을 그리고 유기물을 금으로 바꿀 수 있을 때까지 굴리자는 말임
  • 많은 사람이 여기서 경제적 계산을 하지만, 실제로 생성된 금은 수 초 단위 반감기를 가진 불안정 동위원소임, 이미 여러 번 이런 실험이 있었음, 경제 논의를 하기도 전에, 약 40종 중에서 단 하나 존재하는 안정 동위원소를 만드는 방법을 먼저 찾아내야 함
답변달기