Savanții de la CERN produc 89.000 de nuclei de aur pe secundă transformând plumbul

Visul alchimiștilor, realitate în laborator

Alchimiștii medievali visau să preschimbe metalele comune în aur. Astăzi știm că plumbul și aurul sunt elemente diferite, iar chimia clasică nu le poate transmuta. Însă fizica modernă ne spune că diferența fundamentală dintre un atom de plumb și unul de aur este de exact trei protoni. Plumbul are mai mulți.

Așa că întrebarea devine: putem crea un atom de aur pur și simplu smulgând trei protoni dintr-un atom de plumb? Se pare că da. Numai că nu e deloc ușor.

În Elveția, la acceleratorul de particule, savanții au ciocnit fascicule de nuclee de plumb la viteze incredibile, apropiate de cea a luminii, tocmai pentru a studia starea universului imediat după nașterea sa.

Cum furi un proton dintr-un atom

Protonii sunt ținuți în nucleul atomic de o forță extrem de puternică, denumită forța nucleară tare. Pentru a-i extrage, este necesar un câmp electric de o putere colosală. Vorbim de un câmp de aproximativ un milion de ori mai puternic decât cel care generează fulgerele în atmosferă.

Iar oamenii de știință au creat acest câmp prin ciocnirea nucleelor de plumb. Când coliziunea este frontală, forța nucleară tare intră în joc și nucleele sunt complet distruse. Dar, de cele mai multe ori, nucleele nu se lovesc direct, ci doar trec la limită unul pe lângă celălalt, influențându-se prin forța electromagnetică.

Când un nucleu de plumb trece la mustață pe lângă altul, câmpul electric dintre ele devine uriaș. Acest câmp variabil face nucleele să vibreze și, ocazional, să „scuipe” câțiva protoni. Dacă unul dintre ele elimină exact trei protoni, nucleul de plumb s-a transformat, pe bune, în aur.

O alchimie accidentală și enervantă

Să nu vă gândiți că s-a descoperit o metodă de îmbogățire. E drept că, în timpul coliziunilor, se produc circa 89.000 de nuclei de aur pe secundă. Dar se produc și alte elemente, precum taliu (cu un proton mai puțin decât plumbul) sau mercur (cu doi protoni mai puțin).

Pentru cercetători, producția de aur la accelerator este, de fapt, mai mult o pacoste decât o binecuvântare.

Odată ce un nucleu de plumb se transformă prin pierderea de protoni, el nu mai rămâne pe orbita perfectă care îl menține în interiorul conductei vidate a acceleratorului. În doar câteva microsecunde, acesta se va izbi de pereți. Acest efect face ca fasciculul de particule să își piardă din intensitate în timp. Practic, le încurcă experimentele.

Detectivii de particule

Dar cum știu savanții că au produs aur dacă nu îl pot observa direct? Ei folosesc detectoare speciale numite calorimetre de grad zero (zero-degree calorimeters) pentru a număra protonii smulși din nucleele de plumb. Așadar, ei nu observă nucleele de aur în sine, ci le detectează indirect, prin „urmele” lăsate.

Înțelegerea acestei alchimii accidentale este însă esențială pentru interpretarea corectă a datelor din experimente și, mai ales, pentru proiectarea viitoarelor acceleratoare de particule, care vor fi și mai mari și mai puternice.