El CERN ha informado que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ha logrado observar la producción de núcleos de oro a partir de colisiones de iones de plomo a velocidades cercanas a la luz, gracias al detector ALICE.
Cuando los átomos pasan lo suficientemente cerca, pero sin chocar sus núcleos, pueden intercambiar fotones de alta energía, es un proceso conocido como disociación electromagnética, y el experimento ALICE detectó la transmutación atómica en medio de miles de millones de eventos.
De manera más técnica y rigurosa, la disociación electromagnética es:
La Disociación Electromagnética (EMD) es el proceso en el cual un fotón proveniente de un núcleo objetivo excita a un núcleo proyectil (o viceversa), haciendo que el núcleo excitado decaiga y emita fragmentos pesados y partículas más ligeras. Este proceso está mediado por interacciones electromagnéticas, ocurriendo típicamente cuando núcleos en colisión pasan cerca entre sí, pero fuera del alcance de la fuerza nuclear fuerte. La excitación puede describirse como la absorción de un fotón virtual por el núcleo, lo que conduce a su ruptura.
NASA Technical Reports – NASA/TP–2016–219012
Durante la segunda fase operativa del colisionador, entre 2015 y 2018, se generaron aproximadamente 86.000 millones de núcleos de oro que, en conjunto, equivalen a una masa extremadamente pequeña de apenas 29 billonésimas de gramo.
Tras su formación, estos núcleos impactaron casi de inmediato contra las paredes internas del tubo de haces donde se fragmentaron en una fracción de segundo. A pesar de su existencia efímera, los eventos pudieron ser detectados gracias a la alta sensibilidad de los instrumentos del experimento ALICE.
“Es impresionante ver que nuestros detectores pueden manejar colisiones frontales que producen miles de partículas, y a la vez ser lo suficientemente sensibles para detectar procesos donde solo se generan unas pocas, lo que permite estudiar raros procesos de transmutación nuclear electromagnética.”
Marco van Leeuwen, portavoz de ALICE
Nota histórica
En la época medieval, alquimistas islámicos y europeos intentaban transformar metales comunes como el plomo o el cobre en oro mediante una sustancia mítica conocida como la piedra filosofal.
El proceso era denominado crisopoeia, del griego chrysopoiía, que significa literalmente “fabricación de oro” y, aunque científicamente erróneo, representaba un intento temprano de comprender la transformación de la materia.
Si bien no tenía fundamento físico, esta práctica anticipaba, en términos conceptuales, los actuales procesos de transmutación nuclear observados por el experimento ALICE del LHC.
¿Qué es ALICE y cómo es el proceso de detección?
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) es uno de los principales detectores del LHC, especializado en el estudio de colisiones de iones pesados, como el plomo. Tiene la responsabilidad de estudiar el plasma de quarks y gluones, una forma primordial de la materia que existió instantes después del Big Bang.
Además, su configuración le permite analizar fenómenos poco frecuentes como la formación de elementos mediante disociación electromagnética, como lo que hizo con la transmutación de Plomo a Oro.
Proceso de detección y cuantificación de núcleos de oro en ALICE:
- Los físicos emplearon los Calorímetros de Cero Grado (ZDCs) del experimento ALICE.
- Estos detectores miden protones y neutrones emitidos en las interacciones.
- Cada medición permite identificar con precisión los núcleos generados.
- El oro se forma mediante disociación electromagnética entre núcleos de plomo.
- En la tercera fase del experimento, se aumentó la energía de colisión.
- Gracias a ello, la tasa de producción de oro se duplicó respecto a la fase anterior.
- Actualmente, se generan hasta 89.000 núcleos de oro por segundo.
“Gracias a las capacidades únicas de los ZDCs de ALICE, este análisis es el primero en detectar y analizar sistemáticamente la producción de oro en el LHC de forma experimental”.
Uliana Dmitrieva, física del experimento ALICE
Este tipo de transmutación se explica porque el oro, con 79 protones, está solo tres unidades por debajo del plomo en la tabla periódica. Por ello, al desprenderse de tres protones y algunos neutrones durante estas interacciones, se puede generar oro. Cuando la pérdida es menor, se producen elementos vecinos como talio (81) o mercurio (80).
“Estos resultados permiten poner a prueba y mejorar modelos teóricos de disociación electromagnética, los cuales, además de su interés físico, se utilizan para entender y predecir las pérdidas de haces, un límite clave para el rendimiento del LHC y futuros colisionadores”.
John Jowett, también físico del experimento
Fuentes: CERN / Live Science
