Visul alchimiștilor medievali, transformarea plumbului în aur, a devenit realitate
Transformarea plumbului în aur este posibilă din punct de vedere tehnologic, dar există o problemă.
Transformarea unui metal comun într-un material prețios este o realitate, nu un mit, dezvăluie CERN. Condițiile pentru realizarea acestui lucru exclud, însă, orice speranță de îmbogățire. Cercetătorii de la CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară din Geneva, Elveția) au reușit să transforme nuclee de plumb în atomi de aur. Fenomenul este confirmat la nivel fizic, dar condițiile pentru realizarea lui îl fac inutilizabil în afara laboratorului.
Acesta a fost Sfântul Graal al alchimiștilor medievali: găsirea pietrei filosofale – o substanță despre care se spunea că, printre altele, transformă plumbul în aur. Secole mai târziu, CERN a anunțat în revista „Physical Review Journals” că a realizat visul acestor cercetători din trecut. Însă condițiile pentru realizarea acestei mutații fizice sunt de așa natură încât fac imposibilă producerea de aur chiar și într-o cantitate infimă.
În primul rând, pentru că pentru a realiza acest lucru, ai nevoie de un accelerator de particule, precum cel de la CERN. Odată cu apariția fizicii nucleare în secolul al XX-lea, a devenit clar că elementele grele, precum plumbul și aurul, puteau fi transformate în altele, în special „în laborator, sub bombardamentul cu neutroni sau protoni”. Prin îndepărtarea a trei protoni dintr-un nucleu de plumb, se creează un nucleu de aur, rezumă Centrul de Cercetare.
Căutarea alchimiștilor, în sfârșit realitate?
Transformarea unui metal în altul. Timp de secole, alchimiștii au căutat să obțină aur din plumb. Ideea lor nu era absurdă și aștepta doar ca știința să avanseze. La CERN din Geneva, experimentele efectuate între 2015 și 2018 au permis observarea acestei transformări la scară atomică.
Crearea aurului necesită un accelerator, coliziuni și multă energie
Plumbul conține 82 de protoni. Aurul conține 79 de protoni. Deci trebuie eliminați trei pentru a provoca transformarea. La scara nucleului, aceasta implică o reacție nucleară. Pentru aceasta, cercetătorii folosesc acceleratorul de particule numit Large Hadron Collider (LHC), Marele Accelerator de Hadroni, un tunel circular de 27 de kilometri îngropat în subteran între Elveția și Franța.
În acest dispozitiv, ionii grei sunt accelerați și apoi lansați unul împotriva celuilalt la viteze apropiate de cea a luminii. Câmpurile lor electromagnetice interacționează chiar și fără coliziune directă. Acest tip de reacție, numită „coliziune ultraperiferică”, poate antrena emisia de protoni sau neutroni. Dacă plumbul pierde exact trei protoni, se transformă în aur. Se întâmplă rar, dar transformarea are loc.
Experimentele arată, de asemenea, că apar și alte elemente, precum mercurul sau taliul. Nucleele obținute sunt analizate din particulele secundare pe care le produc. Cercetătorii se bazează pe modele precum RELDIS (Relativistic Electromagnetic Dissociation Model / Modelul relativist de disociere electromagnetică (disocierea electromagnetică a ionilor grei ultrarelativiști) pentru a compara predicțiile teoretice cu măsurătorile efectuate. Rata de acord este bună, dar diferențele ajung uneori la 25%, ceea ce arată că unii parametri mai trebuie ajustați.
Aceste observații sunt de interes pentru specialiștii în fizică nucleară. Ele permit o înțelegere mai bună a mecanismelor care acționează în medii extreme, cum ar fi supernovele sau coliziunile stelelor neutronice, unde se nasc cele mai grele elemente din univers.
Visul alchimiștilor s-a împlinit: plumbul s-a transformat în aur în acceleratorul de particule Large Hadron Collider, cel mai puternic accelerator de particule din lume.
O imagine a tunelului din interiorul unui accelerator de particule. Acceleratorul de particule Large Hadron Collider (LHC) este un tunel circular de 27 de kilometri îngropat în subteran între Elveția și Franța
Centrul ALICE, dedicat fizicii ionilor grei
Timp de secole, această idee de a transforma plumbul în aur – crisopeia (chrysopoeia) – părea de neatins. Cele două metale au o densitate similară, dar știința modernă a dovedit ulterior că sunt elemente distincte și non-interșanjabile chimic.
Crisopeia – termen folosit în alchimie, arta de a crea aur prin transmutare, se referă la producerea artificială a aurului, cel mai frecvent prin presupusa transmutare a metalelor de bază, cum ar fi plumbul.
Cu toate acestea, aurul poate fi produs, deși în cantități microscopice, în centrul ALICE (A Large Ion Collider Experiment), unul dintre cele patru instrumente principale de pe LHC de la CERN, Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară.
Experimentul ALICE este dedicat fizicii ionilor grei și investighează materia aflată sub densități energetice extreme. În timpul coliziunilor de înaltă energie ale nucleelor de plumb la LHC, oamenii de știință pot recrea momentan plasma quark-gluon, o stare a materiei care a existat doar la milionimi de secundă după Big Bang.
Totuși, aurul nu se naște din aceste ciocniri directe. În schimb, se formează într-un scenariu mai subtil – când nucleele de plumb aproape se ciocnesc frontal, dar ratează impactul.
„Este impresionant să vedem că detectoarele noastre pot gestiona coliziuni frontale care produc mii de particule, fiind în același timp sensibile la coliziuni în care sunt produse doar câteva particule la un moment dat, permițând studiul proceselor electromagnetice de «transmutație nucleară»”, a declarat purtătorul de cuvânt al ALICE, Marco Van Leeuwen, într-un comunicat.
În ciocnirile la limită, cu impactul aproape ratat, câmpurile electromagnetice intense care înconjoară nucleele de plumb care se mișcă rapid generează impulsuri scurte de fotoni.
Când acești fotoni interacționează cu nucleele, ei provoacă un fenomen cunoscut sub numele de disociere electromagnetică, în care protonii și neutronii sunt ejectați dintr-un nucleu.
În cazuri rare, trei protoni sunt desprinși dintr-un nucleu de plumb, lăsând în urmă aur în locul său.
Echipa ALICE a folosit instrumente specializate cunoscute sub numele de calorimetre de grad zero (ZDC) pentru a măsura aceste evenimente rare.
Aurul obținut nu este nici vizibil, nici exploatabil, nici durabil
Cantitatea produsă rămâne microscopică. Pe parcursul a patru ani de experimentare, LHC a generat doar câteva nuclee de aur, fiecare prezent pentru o fracțiune de secundă. „Totalul rămâne de mii de miliarde de ori mai mic decât cantitatea necesară pentru a fabrica o bijuterie”, subliniază CERN. Prin urmare, este imposibil să se extragă vreo valoare materială.
La acestea se adaugă și alte limitări tehnice. Energia necesară pentru această transformare este imensă. Funcționarea unui accelerator precum LHC necesită instalații complexe, mii de senzori și echipe întregi responsabile de analiza datelor. Până în prezent, niciun procedeu industrial nu a putut reproduce acest fenomen la o scară mai mare.
Instabilitatea produselor formate complică, de asemenea, ecuația. Unele nuclee se dezintegrează foarte repede. Altele devin radioactive. Chiar și în rarele cazuri în care apare un atom de aur stabil, acesta nu persistă suficient de mult timp pentru a fi izolat.
Visul alchimiștilor ia o întorsătură neașteptată. Metoda există, dar necesită condiții extreme și nu produce nimic util. Ceea ce era considerat un mit devine realitate științifică, fără consecințe economice. Cercetătorii au demonstrat acest lucru într-un cadru strict experimental.
Interesul este în altă parte. Datele colectate ajută la rafinarea modelelor de reacții nucleare, la prezicerea comportamentului nucleelor instabile și la îmbunătățirea înțelegerii interacțiunilor tari (forța nucleară tare). Această cercetare se intersectează, de asemenea, cu probleme de siguranță nucleară, gestionare a deșeurilor radioactive și astrofizică teoretică.
Transmutația există. Nu mai este nimic mistic în asta. Aceasta se observă în camerele de detecție ale CERN, în urma fotonilor gamma, în centrul coliziunilor orchestrate la scară subatomică. Dar nu umple nicio vistierie.
© CCC
Transformarea plumbului în aur, de la piatra filozofală la acceleratorul de particule LHC