La Trasformazione del Piombo in Oro al CERN
I fisici del Large Hadron Collider (LHC) del CERN hanno compiuto un passo storico, annunciando per la prima volta la misurazione diretta della trasformazione del piombo in oro durante collisioni di particelle ad alta energia. Questo traguardo è stato reso possibile grazie alle straordinarie capacità dei rivelatori ZDC (Zero Degree Calorimeters) dell’esperimento ALICE. Questa analisi rappresenta la prima rilevazione sistematica e sperimentale della produzione di oro all’interno dell’LHC. Uliana Dmitrieva, membro della collaborazione ALICE, ha sottolineato l’importanza di questo traguardo, paragonandolo a un moderno compimento della ricerca alchemica degli antichi. La trasformazione del piombo, un metallo di base, in oro, un metallo prezioso, è stata a lungo un sogno degli alchimisti medievali. Tuttavia, sfruttando la potenza dell’LHC, gli scienziati sono riusciti a osservare e quantificare questo processo straordinario che si verifica nell’estremo ambiente delle collisioni di ioni di piombo.
Il Processo di Collisione e Trasmutazione
L’approccio innovativo della collaborazione ALICE si è focalizzato sulle collisioni “quasi a contatto” tra nuclei di piombo che viaggiano a velocità prossime a quella della luce. Le collisioni ad energia estremamente elevata tra questi nuclei all’interno dell’LHC possono generare un plasma di quark e gluoni, uno stato di materia caldo e denso che si ritiene abbia caratterizzato l’universo circa un milionesimo di secondo dopo il Big Bang. Durante questi incontri ravvicinati, i campi elettromagnetici intensi generati scatenano un flusso di fotoni virtuali, i quali possono interagire con i nuclei di piombo in transito, provocando la perdita di protoni. Quando un nucleo di piombo, composto da 82 protoni, perde tre protoni, si trasforma in oro, che ha un nucleo costituito da 79 protoni. Il dottor Marco Van Leeuwen, portavoce dell’ALICE, ha evidenziato l’impressionante capacità dei rivelatori di gestire collisioni frontali che producono migliaia di particelle, mantenendo al contempo la sensibilità necessaria per studiare eventi rari di “trasmutazione nucleare elettromagnetica”.
Risultati e Implicazioni della Ricerca
Attraverso un’analisi meticolosa dei prodotti secondari di queste interazioni, utilizzando i calorimetri a zero gradi dell’ALICE, il team di ricerca è riuscito a identificare le firme distintive dei nuclei d’oro generati. I risultati indicano che l’LHC produce oro a un tasso massimo di circa 89.000 nuclei al secondo durante le collisioni di piombo nel punto di interazione dell’ALICE. Tuttavia, è importante notare che l’oro creato in questo processo è di natura effimera; i nuclei d’oro ad alta energia esistono solo per una frazione di secondo prima di collidere con l’infrastruttura dell’LHC e disintegrarsi. Durante il Run 2 dell’LHC, che si è svolto dal 2015 al 2018, sono stati generati circa 86 miliardi di nuclei d’oro, corrispondenti a una massa totale di soli 29 picogrammi. Questo risultato è stato evidenziato nel comunicato stampa.
Significato della Ricerca per il Futuro della Fisica
Oltre al significato storico di raggiungere una forma di alchimia, questa ricerca fornisce anche preziose intuizioni sul funzionamento degli acceleratori di particelle. I risultati ottenuti non solo testano e migliorano i modelli teorici di dissociazione elettromagnetica, ma sono anche fondamentali per comprendere e prevedere le perdite di fascio, un fattore che rappresenta un limite significativo per le prestazioni dell’LHC e dei futuri collisori. John Jowett, membro della collaborazione ALICE, ha concluso affermando che, sebbene l’LHC non sostituirà le miniere d’oro nel breve termine, questo esperimento innovativo potrebbe realizzare un sogno secolare attraverso la scienza all’avanguardia in un futuro non troppo lontano.
