LHC transforma chumbo em ouro, realizando sonho da alquimia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2025

Este é o detector ALICE, no interior do qual os átomos de chumbo são convertidos em átomos de ouro.
[Imagem: CERN]

Chumbo vira ouro de verdade - ou quase de verdade

Pela primeira vez, colisões entre núcleos de chumbo, acelerados até velocidade altíssimas no LHC, o maior colisor de partículas do mundo, geraram campos eletromagnéticos intensos o suficiente para eliminar prótons e transformar chumbo em ouro.

Isso não significa que teremos uma fábrica de ouro, já que as quantidades produzidas são mínimas, os custos para obter o metal precioso superam o valor do material obtido em várias ordens de magnitude, e o ouro produzido nem mesmo pode ser coletado, porque ele se desfaz novamente em frações de segundo.

Durante quatro anos de colisões, foram criados 86 bilhões de núcleos de ouro nos quatro experimentos principais. Em termos de massa, isso corresponde a apenas 29 picogramas (2,9 × 10^-11 g). Na cotação atual do ouro, por volta de R$ 600,00 o grama, eles valeriam R$ 0,000000006.

Mas não é isso o que importa, porque este é um feito de grande significado para a história da ciência e, claro, da física.

Transformar chumbo, um metal comum, em ouro, um metal precioso, era o sonho dos alquimistas medievais. Essa busca de longa data, conhecida como crisopeia, pode ter sido motivada pela observação de que o chumbo, de cor cinza opaca e relativamente abundante, tem densidade semelhante à do ouro. Só muito mais tarde ficou claro que o chumbo e o ouro são elementos químicos distintos e que os métodos químicos são incapazes de transmutar um no outro - e também só muito mais tarde os cientistas compreenderam que a proposta dos alquimistas era metafórica.

No século XX, o desenvolvimento da física nuclear mostrou que elementos mais pesados podem se transformar em outros mais leves, seja naturalmente, por decaimento radioativo, ou em laboratório, por meio do bombardeio de nêutrons ou prótons. Embora o ouro já tenha sido produzido artificialmente dessa forma, o detector ALICE, um dos quatro grandes detectores do LHC, agora mediu a transmutação de chumbo em ouro por meio de um novo mecanismo que envolve "quase colisões" - os núcleos de chumbo na verdade passam raspando um pelo outro.

Colisão ultraperiférica onde os dois feixes de íons de chumbo (208Pb) no LHC passam próximos um do outro sem colidir. No processo de dissociação eletromagnética, um fóton interagindo com um núcleo pode excitar oscilações em sua estrutura interna e resultar na ejeção de um pequeno número de nêutrons (dois) e prótons (três), deixando para trás o núcleo de ouro (203Au).
[Imagem: CERN]

Como o LHC transforma chumbo em ouro

Colisões de altíssima energia entre núcleos de chumbo no LHC são usadas para criar o plasma de quarks e glúons, um estado quente e denso da matéria que se acredita ter preenchido o Universo cerca de um milionésimo de segundo após o Big Bang, dando origem à matéria que conhecemos hoje.

No entanto, nas interações muito mais frequentes, em que os núcleos quase se chocam, mas sem trombarem diretamente uns com os outros, os intensos campos eletromagnéticos ao seu redor podem induzir interações fóton-fóton e fóton-núcleo que abrem novas possibilidades de manipulação da matéria.

O campo eletromagnético que emana de um núcleo de chumbo é particularmente forte porque o núcleo contém 82 prótons, cada um carregando uma carga elementar. Além disso, a altíssima velocidade com que os núcleos de chumbo viajam no LHC (correspondente a 99,999993% da velocidade da luz) faz com que as linhas do campo eletromagnético sejam comprimidas em uma fina panqueca, transversal à direção do movimento, produzindo um pulso de fótons de curta duração.

Frequentemente, isso desencadeia um processo chamado dissociação eletromagnética, pelo qual um fóton interagindo com um núcleo pode excitar oscilações de sua estrutura interna, resultando na ejeção de pequenos números de nêutrons e prótons. Para criar ouro (um núcleo contendo 79 prótons), três prótons devem ser removidos de um núcleo de chumbo nos feixes do LHC.

"É impressionante ver que nossos detectores podem lidar com colisões frontais que produzem milhares de partículas, ao mesmo tempo em que são sensíveis a colisões em que apenas algumas partículas são produzidas por vez, permitindo o estudo de raros processos de 'transmutação nuclear' eletromagnética," disse Marco Van Leeuwen, porta-voz da Colaboração ALICE.

Mas se o seu interesse é a alquimia, é bom saber que os cientistas já testaram a alquimia em laboratório e funcionou.
[Imagem: University of Bologna]

Vários elementos produzidos

A equipe do ALICE utilizou sensores chamados calorímetros de zero grau (ZDCs) para contar o número de interações fóton-núcleo que resultaram na emissão de zero, um, dois ou três prótons acompanhados por pelo menos um nêutron, que estão associados à produção de chumbo, tálio, mercúrio e ouro, respectivamente.

Embora menos frequente do que a criação de tálio ou mercúrio, os resultados mostram que o LHC atualmente produz ouro a uma taxa máxima de cerca de 89.000 núcleos por segundo a partir de colisões chumbo-chumbo no ponto de colisão do ALICE.

Os núcleos de ouro emergem da colisão com energia muito alta e atingem o tubo de feixe do LHC ou os colimadores em vários pontos a jusante, onde se fragmentam imediatamente em prótons, nêutrons e outras partículas individuais. Ou seja, o ouro existe por apenas uma pequena fração de segundo, não sendo possível coletá-lo.

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