Trasmutazione quantistica del piombo in oro
Il CERN c'è riuscito: avvenuta conversione da piombo a oro, ma non siamo tutti più ricchi. La collaborazione scientifica ALICE ha documentato un fenomeno straordinario presso l'acceleratore LHC del CERN: la trasmutazione del piombo in oro attraverso collisioni ultraperiferiche. L'antico sogno alchemico si trasforma in una realtà fisica misurabile, anche se con quantità infinitesimali del prezioso metallo. L'antico sogno degli alchimisti medievali di trasformare il piombo in oro è diventato realtà grazie agli esperimenti condotti presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. La collaborazione scientifica ALICE ha recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review C i risultati di un'analisi che documenta e quantifica questo fenomeno di trasmutazione nucleare, avvenuto però attraverso un meccanismo fisico completamente diverso dai tentativi chimici degli antichi alchimisti. Durante le collisioni tra nuclei di piombo accelerati a velocità ultra-relativistiche nell'LHC, i ricercatori hanno osservato un fenomeno particolare: quando i nuclei passano molto vicini senza effettivamente scontrarsi - in quelle che vengono definite "collisioni ultraperiferiche" - si generano intensi campi elettromagnetici che producono impulsi di fotoni. Questi fotoni possono interagire con i nuclei di piombo causando l'espulsione di protoni e neutroni. Il processo di trasmutazione avviene quando esattamente tre protoni vengono rimossi da un nucleo di piombo (che contiene 82 protoni), trasformandolo in un nucleo di oro (che ha 79 protoni). Come spiegato da Marco Van Leeuwen, portavoce di ALICE: "È impressionante vedere che i nostri rivelatori sono in grado di gestire collisioni frontali che producono migliaia di particelle, ma sono anche sensibili alle collisioni in cui vengono prodotte solo poche particelle alla volta, consentendo lo studio di rari processi di trasmutazione nucleare elettromagnetica". Per misurare questo fenomeno, il team di ALICE ha utilizzato calorimetri a zero gradi (ZDC), rivelatori progettati e realizzati dai gruppi italiani dell'INFN di Torino e Cagliari. Questi strumenti hanno permesso di contare le interazioni che hanno portato all'emissione di un numero specifico di protoni e neutroni, corrispondenti alla creazione di diversi elementi: piombo, tallio, mercurio e oro. Le misurazioni hanno rivelato che l'LHC produce attualmente oro a una velocità massima di circa 89 mila nuclei al secondo durante le collisioni piombo-piombo nel punto di interazione dell'esperimento ALICE. I nuclei d'oro emergono dalla collisione con energia molto elevata e colpiscono i collimatori in vari punti dove si frammentano immediatamente in protoni singoli, neutroni e altre particelle. "L'antico sogno della trasmutazione chimica in oro degli alchimisti è stato realizzato dalla scienza a LHC. Per la prima volta, si è trasmutato il piombo in oro sfruttando la luce, ovvero i fotoni", ha sottolineato Chiara Oppedisano, ricercatrice della sezione INFN di Torino. Durante il Run 2 dell'LHC (2015-2018), sono stati creati circa 86 miliardi di nuclei d'oro nei quattro esperimenti principali del CERN. La cifra, apparentemente impressionante, indica in realtà una quantità totale di oro pari a 29 picogrammi (2,9 × 10-11 g), una quantità "trilioni di volte inferiore a quella necessaria per realizzare anche il più piccolo gioiello". Il più recente Run 3 ha consentito di produrre circa il doppio d di oro, comunque una quantità ancora infinitesimale per essere rilevante. Inoltre l'oro prodotto esiste solo per una frazione di secondo prima di frammentarsi in altre particelle mentre si scontra con il tubo del fascio dell'LHC o altri componenti. La ricerca, tuttavia, non serve solo a soddisfare una semplice curiosità scientifica: John Jowett della collaborazione ALICE ha dichiarato infatti che "i risultati testano e migliorano anche i modelli teorici della dissociazione elettromagnetica che, al di là del loro intrinseco interesse fisico, vengono utilizzati per comprendere e prevedere le perdite di fascio che sono un limite importante per le prestazioni dell'LHC e dei futuri collisori". Questa scoperta rappresenta di fatto la prima misurazione diretta di questo processo utilizzando i dati di LHC, basandosi su previsioni teoriche e precedenti esperimenti a energie più basse. Se da una parte gli alchimisti medievali potrebbero vedere le loro speranze deluse ancora una volta dalle quantità infinitesimali prodotte, dall'altra lo studio fornisce preziose informazioni sui processi elettromagnetici nella fisica nucleare delle alte energie e dati pratici per migliorare i progetti futuri di collisori. Read the full article
