Transmutación nuclear: físicos convierten plomo en oro en el LHC

En el fascinante mundo de la física nuclear, donde las leyes de la naturaleza se exploran en sus límites más extremos, los científicos han logrado un hito que parece sacado de los sueños de los alquimistas medievales: la transmutación del plomo en oro. Este logro extraordinario no es producto de una poción mágica, sino del poder descomunal del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo, ubicado en el CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear.

De la Crisopeya a la Física Moderna

Durante siglos, la idea de convertir el plomo en oro (crisopeya) ha fascinado a la humanidad. Aunque ambos metales comparten una densidad similar, la ciencia moderna demostró que son elementos distintos y químicamente no intercambiables. Sin embargo, gracias a los avances tecnológicos en física nuclear, se puede producir oro, aunque en cantidades microscópicas, en el corazón del experimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment), uno de los cuatro instrumentos principales del LHC.

El experimento ALICE se dedica a la física de iones pesados e investiga la materia bajo densidades de energía extremas. Durante las colisiones de alta energía de núcleos de plomo en el LHC, los científicos pueden recrear momentáneamente el plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que existió apenas millonésimas de segundo después del Big Bang.

La Transmutación Nuclear: Un Escenario Sutil

La formación del oro no surge de estos desplomes directos, sino en un escenario más sutil. Cuando los núcleos de plomo casi chocan de frente, pero fallan, se generan intensos campos electromagnéticos que rodean los núcleos que se mueven rápidamente. Estos campos producen breves pulsos de fotones que interactúan con los núcleos, provocando una disociación electromagnética.

Campos Electromagnéticos y Materia Temprana

En este proceso, los protones y los neutrones son expulsados del núcleo, y en casos raros, se extraen tres protones de un núcleo de plomo, dejando oro en su lugar. Este fenómeno demuestra la capacidad de los campos electromagnéticos para manipular los núcleos atómicos, ofreciendo una nueva perspectiva sobre la formación de elementos y la materia temprana.

El equipo de ALICE utilizó instrumentos especializados conocidos como calorímetros de grado cero (ZDC) para medir estos raros eventos. Al detectar la cantidad de protones y neutrones expulsados en las colisiones, los investigadores pudieron distinguir entre la creación de otros elementos pesados, como el talio y el mercurio, y el oro.

Los núcleos de oro resultantes no perduran mucho tiempo. Viajando a casi la velocidad de la luz, chocan contra las paredes del colisionador o sus componentes y se desintegran casi instantáneamente en partículas más pequeñas. A pesar de su corta vida, la producción de oro es impresionante. Durante la segunda ejecución del LHC (2015-2018), se produjeron alrededor de 86 mil millones de núcleos de oro, cifra que ya se ha duplicado en la tercera ejecución.

Sin embargo, la masa total de oro creada es minúscula: billones de veces menos que lo que se necesitaría para hacer, por ejemplo, un anillo de bodas. A pesar de esto, el experimento abre una nueva ventana a cómo se forman los elementos y el papel fundamental de los campos electromagnéticos en la transmutación nuclear.

El Legado de ALICE

Además, destaca la extraordinaria sensibilidad del detector ALICE, que fue diseñado no para fabricar oro, sino para investigar los primeros momentos del universo. Este logro científico no solo satisface la curiosidad humana sobre la transformación de la materia, sino que también aporta a nuestro conocimiento sobre la física fundamental y la formación de elementos en el cosmos.