นักวิทยาศาสตร์ทำสำเร็จ ! เปลี่ยน ‘ตะกั่ว’ เป็น ‘ทองคำ’ ได้แล้ว แต่จิ๋วกว่าที่คิด

สมัยก่อนนักเล่นแร่แปรธาตุฝันอยากเปลี่ยนตะกั่วสีเทาแสนธรรมดาให้กลายเป็นทองคำที่แวววาวและล้ำค่า ความพยายามนี้หรือที่เรียกว่า chrysopoeia ดูเหมือนเป็นเรื่องเพ้อฝัน เพราะไม่ว่าพวกเขาจะเผา ละลาย หรือผสมสารเคมีอย่างไร ก็ไม่มีทางเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำได้ เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนได้แค่อิเล็กตรอนรอบนอก ไม่ใช่จำนวนโปรตอนใจกลางนิวเคลียสของอะตอม แต่ในยุคสมัยนี้นักวิทยาศาสตร์จากทีม ALICE ที่ CERN ได้ทำให้ความฝันนั้นเป็นจริง โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์อย่าง Large Hadron Collider (LHC) ด้วยพลังของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ตามที่รายงานในวารสาร Physical Review Journals ปี 2025

เปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำได้ยังไง?

ในตารางธาตุ ตะกั่ว (Pb) มีเลขอะตอม 82 หมายถึงมีโปรตอน 82 ตัวในนิวเคลียส ส่วนทองคำ (Au) มีเลขอะตอม 79 หรือ 79 โปรตอน ถ้าอยากเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำ ก็ต้องกำจัดโปรตอน 3 ตัวออกจากนิวเคลียสตะกั่ว ทีม ALICE ทำได้โดยใช้ปฏิกิริยาที่เรียกว่า near-miss collisions ใน LHC ซึ่งนิวเคลียสตะกั่วถูกเร่งให้วิ่งด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง (99.999993%) และเฉียดผ่านกันโดยไม่ต้องชนกันตรง ๆ

ตอนที่นิวเคลียสตะกั่วเฉียดกัน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงจากโปรตอน 82 ตัวจะสร้างพัลส์โฟตอนพลังงานสูง โฟตอนเหล่านี้ไปกระตุ้นนิวเคลียสตะกั่วให้สั่นสะเทือน จนขับโปรตอน 3 ตัวและนิวตรอนอย่างน้อย 1 ตัวออกมา ผลลัพธ์คือตะกั่ว (Pb-208) กลายเป็นทองคำ (Au-197) กระบวนการนี้เรียกว่า electromagnetic dissociation ทีม ALICE ใช้เครื่องตรวจวัด zero degree calorimeters (ZDC) เพื่อจับสัญญาณปฏิกิริยานี้ และพบว่า LHC สามารถผลิตนิวเคลียสทองคำได้สูงสุด 89,000 นิวเคลียสต่อวินาทีที่จุดตรวจจับของ ALICE แต่ว่าทองคำที่ได้มานั้นอยู่ได้แค่เสี้ยววินาที ก่อนจะแตกสลายเมื่อไปชนท่อลำเลียงหรือตัวดูดซับใน LHC เสียก่อน

ทองคำที่ได้น้อยจนแทบมองไม่เห็น

ในช่วงรอบที่ 2 ของ LHC (ปี 2015–2018) ทีมงานผลิตนิวเคลียสทองคำได้ทั้งหมด 86 พันล้านนิวเคลียส ฟังดูเยอะใช่ไหม? แต่ถ้าคิดเป็นน้ำหนัก มันแค่ 29 พิโคกรัม หรือ 0.000000000029 กรัม น้อยกว่าผงธุลีเสียอีก ถ้าจะทำเครื่องประดับสักชิ้น ต้องใช้ทองคำเป็นกรัม ซึ่งปริมาณนี้ยังห่างไกลถึงล้านล้านเท่า ในช่วงรอบที่ 3 (เริ่มปี 2022) การอัปเกรดเครื่องเร่งอนุภาคทำให้ได้ทองคำเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าแต่ก็ยังน้อยเกินจะใช้ทำอะไรได้จริง

มาร์โก แวน ลีเวน (Marco Van Leeuwen) โฆษกทีม ALICE บอกว่า “มันน่าทึ่งที่เครื่องตรวจวัดของเราจัดการได้ทั้งการชนที่สร้างอนุภาคนับพัน และจับปฏิกิริยาที่ให้อนุภาคแค่ไม่กี่ตัว ทำให้เราศึกษาการเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำได้อย่างละเอียด” การค้นพบนี้ใช้เวลาหลายปีกว่าจะตรวจสอบและเผยแพร่ในปี 2025 แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของงานวิจัยนี้

เทียบต้นทุน LHC กับเหมืองทองคำ

การผลิตทองคำที่ LHC แพงหูฉี่ เพราะการรัน LHC ต้องใช้เงินมหาศาล ราว 1,200 ล้านยูโรต่อปี (ราว 44,500 ล้านบาทต่อปี) ส่วนทองคำ 29 พิโคกรัมจาก รอบที่ 2 มีมูลค่าน้อยกว่า 1 เซนต์ (ถ้าเทียบกับราคาทองคำในตลาดปี 2025 ที่ประมาณ 80 เหรียญต่อกรัม) ขณะที่การทำเหมืองทองคำแบบดั้งเดิมมีต้นทุนเฉลี่ย (All-In Sustaining Cost: AISC) อยู่ที่ 1,200–1,300 เหรียญต่อออนซ์ (31.1 กรัม) หรือราว 21,000–23,000 บาทต่อบาท (15.244 กรัม) ตามอัตราแลกเปลี่ยนปัจจุบัน

ในเมืองไทย ถ้าซื้อทองคำที่ร้านทองหรือตามสมาคมค้าทองคำ ราคาจะอยู่ที่ 51,000–52,000 บาทต่อบาท (ขึ้นอยู่กับว่าเป็นทองแท่งหรือทองรูปพรรณ และค่ากำเหน็จ) ราคานี้รวมถึงราคาทองคำโลก ค่าขนส่ง ค่าประกัน และกำไรของร้านค้า แถมยังผันผวนตามเศรษฐกิจและค่าเงิน ดังนั้น การผลิตทองคำที่ LHC แพงกว่าการทำเหมืองแบบดั้งเดิมหลายล้านเท่า

ความสำคัญในอนาคต

การเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำที่ LHC ไม่ใช่แค่เรื่องของการทำทองคำ แต่เป็นก้าวใหญ่ในวงการฟิสิกส์นิวเคลียร์ และนี่คือสิ่งที่คาดหวังได้ในอนาคต

1. พัฒนาการทดลองฟิสิกส์
   • งานนี้ช่วยปรับปรุงความเข้าใจเกี่ยวกับ electromagnetic dissociation ซึ่งจะทำให้แบบจำลองทางฟิสิกส์แม่นยำขึ้น และช่วยลดการสูญเสียลำอนุภาคใน LHC หรือเครื่องเร่งอนุภาครุ่นใหม่ เช่น Future Circular Collider (FCC)
   • ความสามารถของเครื่องตรวจวัด ZDC ในการจับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนจะนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ายิ่งขึ้น
2. โอกาสในอนาคต
   • เพิ่มประสิทธิภาพ LHC: การอัปเกรด LHC จะเพิ่มความเข้มของลำอนุภาค ทำให้อาจผลิตทองคำได้มากขึ้น แต่การจะได้ทองคำ 1 บาท (15.244 กรัม) ต้องใช้ตะกั่วถึง 160 ล้านล้านกรัม (1.6 × 10⁸ ตัน) ซึ่งมากกว่าผลผลิตตะกั่วทั่วโลกต่อปี (ราว 4.5 ล้านตัน)
   • ใช้ในเชิงพาณิชย์? ในอีก 50–100 ปีข้างหน้า ถ้ามีเทคโนโลยีที่ลดต้นทุนพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงนิวเคลียส การผลิตทองคำอาจเป็นไปได้มากขึ้น แต่ตอนนี้การทำเหมืองทองคำยังประหยัดกว่ามาก
   • ความรู้จากงานนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาวัสดุใหม่ เทคโนโลยีพลังงาน หรือการผลิตธาตุหายากสำหรับวงการแพทย์และเทคโนโลยีควอนตัม
3. ความท้าทาย
   • ทองคำที่ได้อยู่ได้แค่เสี้ยววินาทีเท่านั้น การหาวิธีเก็บรักษานิวเคลียสทองคำเป็นเรื่องที่ท้าทายสุด ๆ
   • การใช้ตะกั่วปริมาณมหาศาลและพลังงานที่สูงทำให้การผลิตทองคำในเชิงพาณิชย์ยังเป็นไปไม่ได้ แต่ใครจะรู้ในอนาคตอาจนำไปสู่การพัฒนาได้

จอห์น โจเว็ตต์ (John Jowett) จากทีม ALICE กล่าวว่า “การค้นพบนี้ไม่เพียงเพิ่มความเข้าใจในทฤษฎี แต่ยังช่วยพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค ซึ่งจะเป็นรากฐานสำหรับนวัตกรรมในอนาคต”

การเปลี่ยนตะกั่วเป็นทองคำที่ LHC โดยทีม ALICE ทำให้ความฝันของนักเล่นแร่แปรธาตุเป็นจริงในห้องทดลองสมัยใหม่ ด้วยพลังของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเครื่องเร่งอนุภาค แต่ด้วยทองคำที่ได้เพียง 29 พิโคกรัมในรอบที่ 2 และต้นทุนที่สูงลิบเมื่อเทียบกับการทำเหมืองทองคำ ความหวังรวยจากทองคำยังคงไกลเกินเอื้อม ในอนาคตการพัฒนาเทคโนโลยีอาจเพิ่มโอกาสการผลิตทองคำหรือนำไปสู่นวัตกรรมใหม่ ๆ แต่ตอนนี้การค้นพบนี้เป็นเหมือนแสงสว่างที่จุดประกายความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับจักรวาล และเป็นเครื่องพิสูจน์ว่าวิทยาศาสตร์สามารถทำให้สิ่งที่เคยเป็นไปไม่ได้กลายเป็นจริงได้

ที่มา CERN

นรากร เย็นกลาง