Gli scienziati del CERN hanno compiuto un passo straordinario, realizzando un esperimento che ricorda le aspirazioni degli alchimisti medievali: la trasformazione del piombo in oro, seppur per brevi istanti. Questa innovazione è stata ottenuta attraverso un meccanismo innovativo che si basa sulle collisioni mancate tra atomi di piombo all’interno del Large Hadron Collider (LHC). I dettagli di questa scoperta sono stati resi pubblici sulla rivista Physical Review C.
La fisica nucleare ha sempre dimostrato che gli elementi pesanti possono subire trasformazioni, sia attraverso il decadimento radioattivo che in laboratorio mediante bombardamenti di neutroni o protoni. Tuttavia, i ricercatori della collaborazione ALICE del CERN hanno identificato una terza via per la trasmutazione. Questo nuovo meccanismo si verifica all’interno dell’acceleratore di particelle LHC e implica che i nuclei degli atomi di piombo si sfiorino senza entrare in contatto. Questo approccio offre un’alternativa interessante alle modalità tradizionali di trasformazione degli elementi.
Nel nucleo dell’atomo di piombo si trovano 82 protoni, mentre quello dell’oro ne contiene solo 79. Gli atomi di piombo emettono un campo elettromagnetico già di per sé intenso, ma a velocità straordinarie, pari al 99,999993% della velocità della luce, le linee di questo campo si comprimono. Ciò genera brevi impulsi di fotoni. Questo fenomeno può innescare un processo noto come dissociazione elettromagnetica, durante il quale i fotoni provocano oscillazioni nelle particelle vicine, destabilizzandone la struttura interna e portando all’espulsione di protoni o neutroni.
Rimuovendo tre protoni dal nucleo del piombo, si ottiene un nucleo di oro; due protoni in meno generano mercurio, mentre l’espulsione di un solo protone porta alla formazione di tallio. I dati raccolti indicano che l’LHC produce attualmente oro a un ritmo di circa 89.000 nuclei al secondo, un valore inferiore rispetto alla creazione di tallio o mercurio. Tuttavia, i nuclei d’oro hanno una vita estremamente breve: dopo emergere dalle collisioni ad alta energia, collidono con le pareti dell’LHC e si disgregano in protoni e neutroni.
L’oro risultante da questo processo esiste solo per una frazione infinitesimale di secondo e in quantità trilioni di volte inferiori a quelle necessarie per la creazione di un gioiello, rendendo impossibile la realizzazione di opere d’arte alchemiche. Secondo un comunicato del CERN, durante il Run 2 dell’LHC, che si è svolto dal 2015 al 2018, sono stati creati circa 86 miliardi di nuclei d’oro nei principali esperimenti, corrispondenti a soli 29 picogrammi di massa.
L’esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment) è uno dei progetti del LHC, concepito per studiare le collisioni tra nuclei di piombo e per analizzare le condizioni di una fase di materia nota come plasma di quark e gluoni, che si ritiene sia esistita subito dopo il Big Bang. La trasformazione di piombo in oro osservata in questo contesto avviene attraverso un processo meno drammatico, caratterizzato da collisioni che si sfiorano, piuttosto che da impatti violenti.