ALICE testemunha físicos a transformar chumbo em ouro!

Sabemos que, na Terra, não conseguimos produzir ouro de forma prática ou em grandes quantidades — pelo menos não com a tecnologia atual. E já explicamos como este nobre metal chegou ao planeta. Contudo, os físicos do CERN conseguiram "transformar chumbo em ouro" — mas apenas por uma fração de segundo.

Esta conquista notável envolve colisões de partículas a alta velocidade e um processo raro de transformação.

Uma experiência extraordinária no CERN

Numa experiência extraordinária realizado no Grande Colisionador de Hadrões (LHC), físicos conseguiram transformar chumbo em ouro — embora apenas por um breve instante.

Este feito, uma espécie moderna de alquimia, ocorreu quando iões de chumbo com alta energia colidiram, originando núcleos de ouro que existiram apenas por uma fração de segundo.

Embora o processo esteja longe dos sonhos antigos de transformar chumbo em ouro puro, o feito tem grande valor científico, oferecendo novas perspetivas sobre as interações de partículas em condições extremas.

A colaboração ALICE quantificou agora a produção de ouro, não a partir de núcleos de chumbo que chocam uns contra os outros, mas a partir de quase-acidentes enquanto voam a 99,999993% da velocidade da luz no Grande Colisionador de Hadrões.

Uma nova perspetiva sobre a alquimia

A ideia de transformar chumbo em ouro tem sido um sonho antigo dos alquimistas. Embora esta procura nunca tenha dado frutos por meios químicos, os físicos atuais encontraram uma forma de o fazer utilizando tecnologia de ponta da física de partículas.

O Grande Colisionador de Hadrões, situado perto de Genebra, na Suíça, colide iões de chumbo quase à velocidade da luz. Por vezes, em vez de colidirem diretamente, os iões passam suficientemente perto uns dos outros para criar um impulso eletromagnético.

Este impulso provoca uma reação num dos núcleos de chumbo, fazendo com que este expulse protões e, assim, se transforme em ouro.

O processo é extremamente raro, exigindo energia elevadíssima e condições muito específicas. A colaboração ALICE (A Large Ion Collider Experiment), no CERN, foi responsável por detetar e quantificar estes acontecimentos.

Os resultados, publicados a 7 de maio na revista Physical Review C, revelaram que, entre 2015 e 2018, estas interações raras produziram 86 mil milhões de núcleos de ouro. Embora insignificante em quantidade — apenas 29 bilionésimos de grama — a experiência ofereceu um vislumbre fascinante do mundo da física nuclear.

A ciência por trás da transformação

Para compreender como ocorre esta transformação, é necessário entender a física envolvida. O chumbo, com os seus 82 protões, foi submetido a condições extremas em que os núcleos foram acelerados quase à velocidade da luz.

À medida que os iões se aproximavam no LHC, os seus campos eletromagnéticos criavam impulsos de energia. Esses impulsos interagiam com os núcleos de chumbo, levando-os a perder três protões — o suficiente para os transformar num átomo de ouro, que tem 79 protões.

Embora o ouro não tenha sido o único elemento produzido nestas interações, foi um dos mais notáveis. O processo também gerou outros elementos como tálio e mercúrio, em quantidades muito maiores.

A equipa do CERN utilizou o detetor ALICE para contar os protões e neutrões ejetados dos núcleos de chumbo durante as colisões, permitindo rastrear a produção desses elementos.

A existência efémera do ouro

Apesar da criação de ouro, a quantidade produzida foi incrivelmente pequena. A massa total de ouro gerada rondou os 29 picogramas — ou seja, 29 bilionésimos de grama — uma quantidade invisível a olho nu.

Os átomos de ouro criados no LHC eram altamente instáveis e duraram apenas cerca de um microssegundo antes de se desintegrarem. Colidiram rapidamente com as paredes do colisionador ou decaíram noutros tipos de partículas, tornando a existência do ouro extremamente efémera.

Mesmo com quantidades ínfimas, as implicações para a física de partículas são vastas. A experiência permitiu aos cientistas estudar processos eletromagnéticos raros, fornecendo novos conhecimentos sobre como as partículas interagem em condições extremas.

Segundo a física Uliana Dmitrieva, “Graças às capacidades únicas dos ZDCs do ALICE, esta é a primeira análise que deteta e analisa sistematicamente a assinatura da produção de ouro no LHC de forma experimental.”

Captar eventos tão raros foi um feito importante para a equipa.

Uma nova forma de estudar transmutações nucleares

Embora a criação de ouro no LHC não seja uma forma prática de obter o metal precioso, é uma demonstração notável do poder dos aceleradores de partículas modernos.

As descobertas iluminam um processo conhecido como “transmutação nuclear”, que envolve a transformação de um elemento noutro.

Este fenómeno é não só fascinante do ponto de vista científico, como também aprofunda a nossa compreensão das colisões de partículas e das reações nucleares.

O físico Marco van Leeuwen, porta-voz da colaboração ALICE, expressou o seu entusiasmo pelo trabalho, afirmando:

É impressionante ver que os nossos detetores conseguem lidar com colisões frontais que produzem milhares de partículas, ao mesmo tempo que são sensíveis a colisões que geram apenas algumas partículas, permitindo estudar raros processos de ‘transmutação nuclear’ eletromagnética.

A capacidade de capturar estes momentos raríssimos abriu novas vias para a investigação e poderá refinar a forma como os aceleradores de partículas são utilizados no futuro.