Científicos del experimento ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN han conseguido transformar plomo en oro. La proeza ayuda a los físicos a probar modelos teóricos y comprender mejor el comportamiento de los núcleos atómicos en condiciones extremas, pero no los hará ricos.
En un experimento que recuerda las antiguas búsquedas de los alquimistas, los científicos del proyecto ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han logrado transformar plomo en oro. Sin embargo, este oro existe solo por una fracción de segundo y en cantidades diminutas. Los detalles de este logro, que utiliza un nuevo método basado en «casi colisiones» entre núcleos de plomo, se publican en la revista Physical Review C.
A diferencia de las colisiones frontales que los físicos suelen estudiar para crear nuevas partículas, esta transformación ocurre en lo que se llama «colisiones ultraperiféricas». En estos eventos, dos núcleos de plomo, que son los corazones de los átomos de plomo, se aceleran a velocidades increíblemente altas, casi a la velocidad de la luz (99.999993% de ella). En lugar de chocar directamente, pasan muy cerca uno del otro.
El plomo tiene 82 protones en su núcleo. Cuando estos núcleos de plomo cargados eléctricamente se cruzan a estas velocidades, generan campos electromagnéticos extremadamente intensos. Estos campos son tan fuertes que pueden excitar uno de los núcleos de plomo, haciendo que vibre y, en consecuencia, expulse algunos de sus componentes: neutrones y protones. Este proceso se llama disociación electromagnética.
Si un núcleo de plomo pierde exactamente tres protones debido a esta interacción, se convierte en un núcleo de oro, que tiene 79 protones. El experimento ALICE está especialmente diseñado para detectar las partículas que salen despedidas en estas interacciones.
Detectando el oro fugaz
Para identificar esta transformación, el equipo de ALICE utilizó unos detectores especializados llamados Calorímetros de Grado Cero (ZDC, por sus siglas en inglés). Estos detectores están situados lejos del punto donde los núcleos casi chocan y pueden contar cuántos protones y neutrones son expulsados de los núcleos de plomo.
Midieron eventos donde se emitían cero, uno, dos o tres protones, siempre acompañados de la expulsión de al menos un neutrón. La emisión de cero protones significa que el plomo sigue siendo plomo. La emisión de un protón lo convierte en talio. La emisión de dos protones lo convierte en mercurio. La emisión de tres protones lo convierte en oro.
Los científicos descubrieron que la probabilidad de que se produzca oro de esta manera es comparable a la probabilidad de que ocurran las colisiones hadrónicas totales, que son el tipo de colisiones frontales más estudiadas en el LHC. Esto significa que, en estas condiciones, transformar plomo en oro es un evento relativamente frecuente a escala subatómica, casi tan común como las colisiones directas que se buscan para otros estudios.
¿Alquimia moderna? No exactamente
Aunque se producen unos 89.000 núcleos de oro por segundo en el punto de colisión de ALICE durante estos experimentos, este oro no se puede recolectar. Los núcleos de oro recién formados tienen una energía muy alta y, casi instantáneamente (en una minúscula fracción de segundo), chocan con las paredes del tubo del acelerador o contra otros componentes y se desintegran en partículas más pequeñas, como protones y neutrones individuales.
La cantidad de oro producida es, desde una perspectiva práctica, insignificante. Durante la segunda fase de funcionamiento del LHC (2015-2018), se estima que se generaron alrededor de 86.000 millones de núcleos de oro en todas las zonas de experimentación del colisionador, lo que equivale a una masa de apenas 29 picogramos (2,9 x 10⁻¹¹ gramos). Aunque se calcula que en la actual tercera fase de funcionamiento (iniciada en 2022) esta cantidad podría haberse duplicado, sigue siendo billones de veces menor que la necesaria para fabricar la más pequeña joya. Por tanto, aunque el sueño de los alquimistas se ha cumplido técnicamente, sus esperanzas de riqueza se verían frustradas.
El verdadero valor de este experimento no es por tanto la producción de oro, sino la oportunidad 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 las primeras de su tipo para la emisión de protones en la disociación electromagnética del plomo a las energías del LHC.
Referencia
Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at √𝑠𝑁𝑁=5.02 TeV. S. Acharya et al. Phys. Rev. C 111, 054906; 7 May, 2025. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.054906
Refinando teorías
Los resultados muestran que el modelo teórico principal utilizado, llamado RELDIS, describe bien la producción de plomo (0 protones emitidos) y oro (3 protones emitidos). Sin embargo, el modelo subestima la cantidad de talio (1 protón emitido) y mercurio (2 protones emitidos) que se produce. En otros casos más específicos, como cuando se emite un protón junto con un número determinado de neutrones, el modelo sobreestima significativamente lo observado. Estas discrepancias ayudan a los científicos a refinar sus teorías.
Además, comprender estos procesos es crucial para el funcionamiento de aceleradores como el LHC, ya que estas interacciones electromagnéticas pueden causar la pérdida de partículas del haz, lo que limita el rendimiento del acelerador. Así, aunque el sueño de los alquimistas de obtener oro del plomo se ha hecho realidad a nivel nuclear, su verdadero valor reside en el avance del conocimiento fundamental de la materia.
