Una scoperta straordinaria al Large Hadron Collider
Al CERN di Ginevra, nel cuore dell’esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment), gli scienziati hanno realizzato ciò che per secoli è stato il sogno irrealizzabile degli alchimisti medievali: trasformare il piombo in oro. Ma questa non è magia, bensì fisica delle alte energie al massimo della sua precisione.
Durante il secondo ciclo operativo del LHC, tra il 2015 e il 2018, il collisore ha prodotto circa 86 miliardi di nuclei d’oro a partire da nuclei di piombo accelerati a velocità prossime a quella della luce. Un risultato che segna una pietra miliare nella fisica sperimentale moderna, anche se i trilionesimi di grammo di oro prodotti durano appena frazioni di secondo.
Come si produce oro nel collisore
Nel dettaglio, gli atomi di piombo, contenenti 82 protoni, possono diventare atomi d’oro, che ne contengono 79, se si riesce a rimuovere tre protoni (più qualche neutrone). Tuttavia, questo processo, noto come trasmutazione nucleare, richiede condizioni estreme: energie elevate, strumenti sofisticati, e una precisione che solo un impianto come il Large Hadron Collider può garantire.
A velocità prossime al 99,999993% della velocità della luce, i nuclei di piombo generano intensi campi elettromagnetici. Quando questi campi si sovrappongono, si produce un impulso di fotoni capace di destabilizzare la struttura interna del nucleo, causandone la frammentazione e la perdita di protoni e neutroni.
Questa dinamica non genera solo oro. Si formano anche tallio (81 protoni) e mercurio (80 protoni), ma è l’oro a rappresentare il fenomeno più raro e affascinante. La quantificazione è stata possibile grazie ai calorimetri a zero gradi (ZDC), strumenti estremamente sensibili del rilevatore ALICE, in grado di rilevare neutroni liberi accompagnati da uno, due o tre protoni.
Una crisopoeia quantistica e scientifica
L’oro prodotto durante il secondo ciclo operativo del LHC equivale a 29 picogrammi, un valore impercettibile persino alla scala biologica: basti pensare che un singolo batterio ha una massa paragonabile. I nuclei d’oro così creati, tuttavia, sono instabili e si distruggono quasi istantaneamente scontrandosi contro le pareti del collisore, trasformandosi in una pioggia di particelle subatomiche.
Ma il valore scientifico dell’esperimento non risiede nella produzione del metallo prezioso, bensì nella dimostrazione sperimentale di un processo di trasmutazione nucleare elettromagnetica, un fenomeno finora solo teorizzato. Come ha dichiarato Marco van Leeuwen dell’Università di Utrecht, portavoce della collaborazione ALICE:
“È impressionante che i nostri rilevatori possano gestire collisioni complesse e al contempo captare eventi rarissimi, offrendo nuove opportunità per lo studio della materia nucleare.”
Dove gli alchimisti fallivano, la scienza trionfa
Nel Medioevo, la crisopoeia rappresentava un’ambizione esoterica. Oggi, quella stessa idea si è trasformata in un esperimento scientifico di altissimo livello, pubblicato sulla rivista Physical Review C. Anche se la trasformazione del piombo in oro resta economicamente impraticabile, essa dimostra che la fisica moderna è capace di spingersi oltre i confini dell’immaginazione umana.
