O echipă de cercetători de la CERN, organizația care operează cel mai mare accelerator de particule din lume, a reușit o performanță spectaculoasă: a transformat plumbul în aur. Da, ai citit bine. Ceva ce părea posibil doar în cărțile de alchimie, s-a întâmplat în realitate, chiar dacă doar pentru o fracțiune de secundă.
Acest experiment a fost realizat la Marele Accelerator de Hadroni (LHC), în cadrul proiectului ALICE, care studiază materia la nivel fundamental. Practic, cercetătorii au făcut ca două nuclee de plumb să se ciocnească la viteze uriașe - aproape de viteza luminii - iar în urma acestor coliziuni, au apărut, printre alte particule, și nuclee de aur.
Potrivit unui articol publicat în Physical Review Journals, echipa ALICE a reușit pentru prima dată să măsoare în mod clar acest fenomen: transmutarea plumbului în aur, într-un experiment controlat.
De-a lungul istoriei, alchimiștii au visat să transforme metale ieftine în aur. Plumbul, fiind un metal banal, greu și gri, părea o alegere logică. Mai ales că, la prima vedere, are o densitate asemănătoare cu aurul. Însă chimia modernă a arătat clar: plumbul și aurul sunt elemente complet diferite, iar nicio reacție chimică nu poate transforma unul în celălalt.
Totuși, în secolul XX, fizica nucleară a deschis o ușă nouă: elementele pot fi transformate în altele prin procese nucleare. Deși aurul a mai fost obținut artificial, experimentul de acum e special, întrucât s-a folosit o metodă nouă, bazată pe coliziuni la limită (nu frontale) între atomi de plumb.
În astfel de coliziuni, de energie foarte mare, se pot crea condiții extreme, apropiate de cele din prima milionime de secundă după Big Bang. De exemplu, se formează plasma de quarci și gluoni, o stare de materie incredibil de densă și fierbinte.
Quarcii sunt cele mai mici bucăți de materie din care sunt făcuți protonii și neutronii, adică piesele de bază ale atomilor. Ne putem gândi la quarci ca la cărămizile din care sunt construiți protonii și neutronii.
Iar gluonii sunt lipiciul invizibil care ține quarcii împreună. Totuşi, gluonii nu sunt materie, ci particule de forță – fac parte din forța nucleară tare, cea care ține împreună nucleul atomului.
Când doi atomi de plumb trec unul pe lângă altul fără să se lovească direct, câmpurile lor electromagnetice extrem de puternice pot genera interacțiuni între fotoni (particulele de lumină) sau între fotoni și nucleele atomice. Astfel, se ajunge la procese în care protoni și neutroni sunt „smulși” din nucleu.
Pentru a transforma un atom de plumb (cu 82 de protoni) într-un atom de aur (care are 79), trebuie îndepărtați exact 3 protoni.
„Este impresionant să vedem că detectorii noștri pot gestiona coliziuni frontale care produc mii de particule și, totodată, pot detecta coliziuni în care se generează doar câteva particule, permițând studierea proceselor de ‘transmutație nucleară’ electromagnetică”, a declarat Marco Van Leeuwen, purtătorul de cuvânt al colaborării ALICE.
Cercetătorii au folosit un instrument special, numit calorimetru de zero grade (ZDC), pentru a număra exact aceste evenimente rare. De exemplu, când sunt scoși trei protoni și apare cel puțin un neutron, se poate spune că s-a format un nucleu de aur.
Conform măsurătorilor, în punctul unde au loc coliziunile ALICE, se produc în medie 89.000 de nuclee de aur pe secundă. Sună spectaculos? Ei bine, aceste nuclee trăiesc extrem de puțin și se sparg imediat în alte particule. Aurul, practic, dispare înainte să apuci să-l vezi.
În perioada 2015–2018 (așa-numitul Run 2 al LHC), cercetătorii estimează că au fost create 86 de miliarde de nuclee de aur. Dar greutatea totală a acestui aur? Doar 29 de picograme, adică de milioane de ori mai puțin decât ai nevoie pentru un inel.
Cu toate că acceleratorul produce acum și mai mult aur, tot nu s-ar putea face nici măcar o verighetă. Așadar, visul alchimiștilor a devenit realitate, dar nu și sursă de îmbogățire.
„Datorită capabilităților unice ale calorimetrelor ZDC din ALICE, această analiză este prima care detectează și analizează sistematic semnătura producerii de aur în mod experimental la LHC”, a declarat Uliana Dmitrieva, din echipa ALICE.
„Rezultatele testează și îmbunătățesc modelele teoretice privind disocierea electromagnetică, care, dincolo de interesul lor fizic, sunt folosite pentru a înțelege și a prezice pierderile de fascicul — o limitare majoră în performanța LHC și a viitoarelor acceleratoare”, a adăugat John Jowett, și el membru ALICE.