En un avance que evoca las antiguas aspiraciones de los alquimistas, científicos del experimento ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han logrado transformar plomo en oro. Aunque este oro solo existe por un breve instante y en cantidades minúsculas, el descubrimiento proporciona una valiosa oportunidad para probar modelos teóricos y mejorar nuestra comprensión del comportamiento de los núcleos atómicos en condiciones extremas.
### Un Proceso Fascinante: Colisiones Ultraperiféricas
El experimento que ha llevado a esta sorprendente transformación se basa en lo que se conoce como «colisiones ultraperiféricas». En lugar de realizar colisiones frontales, donde los núcleos de plomo chocan directamente, los científicos aceleran dos núcleos de plomo a velocidades cercanas a la luz (99.999993% de la velocidad de la luz) y los hacen pasar muy cerca uno del otro. Este acercamiento genera campos electromagnéticos intensos que pueden excitar uno de los núcleos de plomo, provocando que expulse algunos de sus componentes, como neutrones y protones.
El plomo, que tiene 82 protones en su núcleo, puede transformarse en oro, que tiene 79 protones, si pierde exactamente tres protones durante este proceso. Este fenómeno, conocido como disociación electromagnética, es clave para entender cómo se producen nuevas partículas en el acelerador de partículas más grande del mundo.
Para detectar esta transformación, el equipo de ALICE utilizó detectores especializados llamados Calorímetros de Grado Cero (ZDC). Estos dispositivos están ubicados lejos del punto de colisión y son capaces de contar cuántos protones y neutrones son expulsados de los núcleos de plomo. Los científicos midieron eventos en los que se emitían cero, uno, dos o tres protones, siempre acompañados de al menos un neutrón. La emisión de cero protones indica que el plomo sigue siendo plomo, mientras que la emisión de tres protones lo convierte en oro.
### La Realidad del Oro Fugaz
A pesar de la impresionante cantidad de núcleos de oro que se generan durante estos experimentos, la realidad es que este oro no se puede recolectar. Los núcleos de oro recién formados tienen una energía extremadamente alta y, casi instantáneamente, colisionan con las paredes del acelerador o con otros componentes, desintegrándose en partículas más pequeñas como protones y neutrones individuales. Durante la segunda fase de funcionamiento del LHC, que tuvo lugar entre 2015 y 2018, se estima que se generaron alrededor de 86.000 millones de núcleos de oro, lo que equivale a una masa de apenas 29 picogramos (2.9 x 10⁻¹¹ gramos). Aunque se espera que en la actual tercera fase de funcionamiento, iniciada en 2022, esta cantidad se haya duplicado, sigue siendo insignificante desde una perspectiva práctica.
Este oro fugaz, aunque no puede ser recolectado, tiene un valor significativo en términos de investigación científica. La verdadera importancia de este experimento radica en la capacidad de poner a prueba y mejorar los modelos teóricos que describen cómo interactúan los núcleos atómicos bajo la influencia de campos electromagnéticos extremos. Estas mediciones son pioneras en la emisión de protones durante la disociación electromagnética del plomo a las energías del LHC.
Los resultados del experimento han revelado que el modelo teórico principal utilizado, conocido como RELDIS, describe adecuadamente la producción de plomo (cero protones emitidos) y oro (tres protones emitidos). Sin embargo, el modelo subestima la cantidad de talio (un protón emitido) y mercurio (dos protones emitidos) que se produce. Estas discrepancias son fundamentales para que los científicos refinen sus teorías y mejoren la comprensión de estos procesos complejos.
Además, comprender estas interacciones es crucial para el funcionamiento eficiente de aceleradores como el LHC, ya que las interacciones electromagnéticas pueden causar la pérdida de partículas del haz, limitando así el rendimiento del acelerador. En este sentido, aunque el sueño de los alquimistas de convertir plomo en oro se ha cumplido a nivel nuclear, el verdadero valor de este descubrimiento radica en el avance del conocimiento fundamental sobre la materia y las interacciones subatómicas.
