Na Idade Média, muita gente ficou obcecada com a ideia de transformar o simples chumbo em ouro brilhante. A alquimia prometia essa “mágica”, mas faltavam as ferramentas para mexer de verdade na estrutura dos átomos.
Hoje, quem faz algo parecido não são alquimistas, e sim físicos com um colisor de partículas. Um novo artigo relata que o Grande Colisor de Hádrons (LHC), do CERN, produziu cerca de 86 bilhões de núcleos de ouro a partir de núcleos de chumbo em altíssima velocidade durante o segundo ciclo de operação da instalação, entre 2015 e 2018.
Isso não significa uma montanha de ouro - é uma quantidade minúscula, da ordem de trilionésimos de grama. E também não dura quase nada: apenas frações de segundo. O mais interessante é como os pesquisadores conseguiram medir essa produção: contando o número de prótons que acompanham os nêutrons envolvidos nas interações do chumbo usando os calorímetros de grau zero (ZDCs) do detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
"Graças às capacidades únicas dos ZDCs do ALICE, a presente análise é a primeira a detectar e analisar de forma sistemática, experimentalmente, a assinatura da produção de ouro no LHC", explica a física Uliana Dmitrieva, da colaboração ALICE no CERN.
Na tabela periódica, chumbo e ouro estão separados por poucas posições. O ouro tem 79 prótons e o chumbo tem 82; então, essencialmente, se você arrancar alguns prótons (mais alguns nêutrons) de um átomo de chumbo, pode acabar com um átomo de ouro.
O processo lembra a crisopéia que os alquimistas tentavam alcançar, mas, na prática, não é tão direto assim. Você precisa de um colisor capaz de acelerar partículas a energias altas o suficiente para provocar esse “deslocamento”.
Resumindo: é algo extremamente intensivo em energia e depende de equipamentos caríssimos e altamente especializados. Se o objetivo é ter ouro, esta provavelmente é a maneira menos eficiente, considerando esforço, custo e recursos.
Mesmo assim, o chumbo é uma escolha comum em experimentos com colisores, e isso faz com que uma produção muito breve de ouro apareça como subproduto.
A colaboração ALICE agora mediu essa produção de ouro não a partir de núcleos de chumbo batendo diretamente uns nos outros, mas de “quase colisões” enquanto eles circulam a 99,999993% da velocidade da luz no Grande Colisor de Hádrons.
Nessas velocidades, o núcleo de chumbo, com seus 82 prótons carregados, achata o campo eletromagnético no colisor na direção perpendicular ao seu movimento, gerando um pulso de fótons quando dois núcleos de chumbo passam próximos o suficiente um do outro.
Uma interação com um fóton pode então perturbar a estrutura interna de um núcleo de chumbo, levando-o a ejetar nêutrons e prótons.
E não é só ouro que pode surgir desse processo. A remoção de núcleons também pode produzir um núcleo de tálio com 123 nêutrons e 81 prótons; ou um núcleo de mercúrio com 121 nêutrons e 80 prótons.
Usando os ZDCs do ALICE para contar nêutrons livres acompanhados de um, dois ou três prótons, a colaboração quantificou a produção dos três elementos durante o mesmo período de operação do Grande Colisor de Hádrons.
Tálio e mercúrio aparecem em quantidades bem maiores do que ouro, mas este último é atualmente produzido a uma taxa máxima de cerca de 89.000 núcleos por segundo, a partir de colisões chumbo-chumbo perto do ponto de colisão do ALICE no colisor.
No segundo ciclo do acelerador, a quantidade total de ouro produzida foi microscópica - apenas 29 picogramas, ou trilionésimos de grama. É uma escala usada para medir bactérias. Existem sextilhões de átomos em apenas um único grama de ouro.
Além disso, os núcleos de ouro em alta velocidade acabam batendo nas paredes do Grande Colisor de Hádrons e se desintegram em uma “chuva” de prótons, nêutrons e elétrons quase no mesmo instante em que se formam. Os alquimistas medievais ficariam profundamente decepcionados.
Nós não. Isso é ciência fascinante. Não só os cientistas conseguem arremessar átomos uns contra os outros a quase a velocidade da luz, como também conseguem determinar as mudanças que esses átomos sofrem como resultado desse processo. É algo muito além dos sonhos mais ousados dos nossos antepassados medievais.
"É impressionante ver que nossos detectores conseguem lidar com colisões frontais que produzem milhares de partículas", diz o físico de partículas Marco van Leeuwen, da Universidade de Utrecht, porta-voz da colaboração ALICE, "e ao mesmo tempo serem sensíveis a colisões em que apenas algumas partículas são produzidas, permitindo o estudo de raros processos eletromagnéticos de 'transmutação nuclear'."
As descobertas foram publicadas na revista Physical Review C.
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