Au transformat plumbul în aur într-un accelerator de particule

Transformarea plumbului în aur: visul unui alchimist devenit realitate… sau aproape. Datorită experimentului ALICE de la acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC), oamenii de știință au observat un fenomen rar și fascinant: transmutarea nucleelor ​​de plumb în atomi de aur. Acesta nu este un truc magic, ci un proces fizic perfect real, observat în măruntaiele celui mai mare accelerator de particule din lume.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment), unul dintre detectorii principali de la LHC, a fost conceput pentru a explora o stare a materiei numită plasmă quark-gluon, cea care a existat imediat după Big Bang. Pentru a realiza acest lucru, ciocnește ioni grei – în special plumb – la viteze apropiate de cea a luminii, pentru a reproduce condițiile extreme ale Universului primordial. Dar, pe lângă explorarea acestei materii exotice, coliziunile pot provoca și alte efecte neașteptate, cum ar fi reacții nucleare rare. Și printre ele: transformarea unui element în altul.

Plumbul conține 82 de protoni în nucleul său. Aurul are 79. Deci, în teorie, este suficient să îndepărtezi trei protoni dintr-un nucleu de plumb pentru a obține un atom de aur. Acest proces se numește transmutație nucleară și este exact ceea ce cercetătorii experimentului ALICE au putut observa. Cum ? Prin studierea nu a coliziunilor directe dintre nucleele de plumb, ci a interacțiunilor electromagnetice induse de câmpurile puternice generate în LHC. Când două nuclee trec foarte aproape unul de celălalt fără a se ciocni, câmpurile lor electromagnetice pot emite fotoni atât de intenși încât aceștia interacționează cu nucleele însele. Aceste „blițuri de lumină” extreme pot apoi ejecta unul, doi sau chiar trei protoni, transformând plumbul în alte elemente, mai ușoare: taliu, mercur și uneori… aur.

Datorită calorimetrelor de grad zero (ZDC) ale detectorului ALICE, cercetătorii au putut observa aceste interacțiuni cu o precizie fără precedent. Astfel, au reușit să măsoare diferite semnături ale disocierii plumbului: unele interacțiuni nu produc pierderi de protoni, altele ejectează unul sau doi, uneori trei – dând astfel naștere aurului. Acest fenomen rămâne rar: din cei 174 de miliarde de atomi de plumb care circulă în fascicul, aproximativ 89.000 de nuclee de aur sunt produse în fiecare secundă. O picătură într-un ocean de atomi, cu siguranță, dar o observație de o imensă valoare științifică. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Physical Review C. „Este impresionant să vedem că detectorii noștri pot înregistra atât cele mai energetice coliziuni, cu mii de particule create, cât și evenimentele cele mai discrete, unde câțiva protoni sunt suficienți pentru a transforma natura nucleului”, subliniază Marco Van Leeuwen, purtător de cuvânt al ALICE.

Nu are rost să sperăm să extragem acești atomi de aur: nu numai că cantitatea lor este infinitezimală, dar ajung să fie proiectați cu viteză mare pe pereții acceleratorului, unde se fragmentează imediat. Prin urmare, valoarea acestei descoperiri nu este economică, ci fundamentală. În special, contribuie la îmbunătățirea modelelor teoretice de disociere electromagnetică, esențiale pentru prezicerea pierderilor fasciculului – un parametru crucial pentru optimizarea performanței LHC și a viitoarelor acceleratoare de particule. După cum rezumă Uliana Dmitrieva, membră a colaborării ALICE: „Această analiză marchează prima detectare experimentală sistematică a producției de aur la LHC. Acesta este un pas major înainte.”

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România