Fizicienii de la CERN au atins visul alchimiștilor medievali: transformarea plumbului în aur. „Speranțele lor de îmbogățire au fost spulberate”

Transformarea plumbului în aur, visul alchimiştilor medievali care numeau acest proces crisopee, a fost realizată experimental de fizicienii de la CERN. Reacția chimică a fost detectată în cadrul experimentului ALICE (A Large Ion Collider Experiment) de la centrul de cercetare din Elveția, care accelerează fascicule de ioni grei de plumb la 5,02 TeV/nucleu în LHC. 

Rezultatele arată că în coliziunile ultraperiferice (aproape frontale) între ioni de plumb accelerați la energie mare, câmpurile electromagnetice intense pot „excita” nucleele şi pot smulge protoni, transformând un nucleu de Pb (82 de protoni) în Au (79 de protoni), arată un material publicat pe site-ul CERN.

Cercetătorii au publicat într-un articol în Physical Review Journals măsurătorile care cuantifică transmutarea plumbului în aur în Marele Accelerator de Hadroni (LHC) din Geneva.

România recuperează sute de milioane din PNRR, dar pierde aproape jumătate de miliard: explicațiile ministrului Proiectelor Europene 

13:12

Cine a decis traseul miliardelor din SAFE: disputa politică dintre premieri

11:29

Chimiștii au observat de mult că plumbul și aurul sunt elemente distincte, iar transformarea chimică directă este imposibilă. Însă fizica nucleară modernă a demonstrat că nucleele grele se pot transmută în alte elemente prin reacții nucleare (dezintegrare radioactivă sau bombardament de particule). Odată cu apariția fizicii nucleare în secolul XX, s-a descoperit că elementele grele pot fi transformate în altele, fie natural prin dezintegrare radioactivă, fie în laborator prin bombardament cu neutroni sau protoni.

Cum au obținut fizicienii aur din plumb

Coliziunile extrem de energice între nuclee de plumb la LHC pot crea plasma cu cuarci și gluoni, o stare fierbinte și densă a materiei care se crede că a umplut universul la aproximativ o milionime de secundă după Big Bang, dând naștere materiei pe care o cunoaștem acum. Totuși, în interacțiunile mult mai frecvente în care nucleele doar se apropie fără a se „atinge”, câmpurile electromagnetice intense din jurul lor pot induce interacțiuni foton–foton și foton–nucleu, deschizând noi căi de explorare.

Câmpul electromagnetic emis de un nucleu de plumb este deosebit de puternic deoarece nucleul conține 82 de protoni, fiecare purtând o sarcină elementară. Mai mult, viteza foarte mare cu care nucleele de plumb se deplasează în LHC (aproximativ 99,999993% din viteza luminii) comprimă liniile câmpului electromagnetic într-o „clătită” subțire, transversală direcției de mișcare, producând un impuls scurt de fotoni. Deseori, acest lucru declanșează un proces numit disociere electromagnetică, prin care un foton interacționând cu un nucleu poate excita oscilații ale structurii interne, rezultând ejectarea unui număr mic de neutroni și protoni. Pentru a crea aur (un nucleu cu 79 de protoni), trebuie eliminați trei protoni dintr-un nucleu de plumb în fasciculele LHC.

„Este impresionant să vedem că detectorii noștri pot gestiona coliziuni frontale care produc mii de particule, fiind în același timp sensibili la coliziuni în care sunt produse doar câteva particule, permițând studiul proceselor de ‘transmutare nucleară’ electromagnetică,” spune Marco Van Leeuwen, purtătorul de cuvânt ALICE.

Aurul obținut la CERN există doar pentru o fracțiune de secundă

Echipa ALICE a folosit calorimetrele de zero grade (ZDC) ale detectorului pentru a număra interacțiunile foton–nucleu care au dus la emisia a zero, unu, doi și trei protoni însoțiți de cel puțin un neutron, asociate cu producția de plumb, thalium, mercur și aur, respectiv. Deși mai puțin frecventă decât crearea thaliumului sau mercurului, rezultatele arată că LHC produce acum aur cu o rată maximă de aproximativ 89.000 de nuclee pe secundă din coliziunile plumb–plumb la punctul de coliziune ALICE. Nuclee de aur ies din coliziune cu energie foarte mare și lovesc tubul fasciculului LHC sau colimatorii în diverse puncte în aval, unde se fragmentează imediat în protoni, neutroni și alte particule. Aurul există doar pentru o fracțiune foarte mică de secundă.

Analiza ALICE arată că, în timpul Run 2 al LHC (2015–2018), au fost create aproximativ 86 de miliarde de nuclee de aur în cele patru experimente majore. Deoarece luminozitatea LHC crește continuu datorită modernizărilor regulate, Run 3 a produs aproape dublul cantității de aur față de Run 2, dar totalul este încă de trilioane de ori mai mic decât ar fi necesar pentru a face o bijuterie.

„Speranțele de îmbogățire au fost spulberate”

Deși visul alchimiștilor medievali s-a realizat tehnic, speranțele lor de îmbogățire au fost din nou spulberate.

„Datorită capacităților unice ale ZDC-urilor ALICE, această analiză este prima care detectează și analizează sistematic semnătura producției de aur la LHC experimental,” spune Uliana Dmitrieva din colaborarea ALICE.

„Rezultatele testează și îmbunătățesc modelele teoretice ale disocierii electromagnetice care, dincolo de interesul lor fizic intrinsec, sunt folosite pentru a înțelege și prezice pierderile de fascicul, o limitare majoră a performanței LHC și a viitoarelor acceleratoare,” adaugă John Jowett, de la ALICE.

Practic, procesul confirmă „din punct de vedere tehnic” visul alchimiștilor medievali, dar fără nicio rentabilitate. Reprezentanții CERN subliniază că, deși „visul alchimiștilor” a fost atins, „speranțele lor de îmbogățire au fost spulberate”. Astfel, scopul principal al acestui experiment nu a fost să producă aur valoros, ci să studieze fenomenele de disociere electromagnetică în coliziunile de ioni grei. Rezultatele testează și îmbunătățesc modelele teoretice ale acestor procese nucleare, dar nu oferă o metodă practică de „a face aur”.