LHC transforma chumbo em ouro, realizando sonho da alquimia

Materiais Avan?ados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2025

Chumbo vira ouro de verdade - ou quase de verdade

Pela primeira vez, colis?es entre n?cleos de chumbo, acelerados at? velocidade alt?ssimas no LHC, o maior colisor de part?culas do mundo, geraram campos eletromagn?ticos intensos o suficiente para eliminar pr?tons e transformar chumbo em ouro.

Isso n?o significa que teremos uma f?brica de ouro, j? que as quantidades produzidas s?o m?nimas, os custos para obter o metal precioso superam o valor do material obtido em v?rias ordens de magnitude, e o ouro produzido nem mesmo pode ser coletado, porque ele se desfaz novamente em fra??es de segundo.

Durante quatro anos de colis?es, foram criados 86 bilh?es de n?cleos de ouro nos quatro experimentos principais. Em termos de massa, isso corresponde a apenas 29 picogramas (2,9 ? 10^-11 g). Na cota??o atual do ouro, por volta de R$ 600,00 o grama, eles valeriam R$ 0,000000006.

Mas n?o ? isso o que importa, porque este ? um feito de grande significado para a hist?ria da ci?ncia e, claro, da f?sica.

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 observa??o de que o chumbo, de cor cinza opaca e relativamente abundante, tem densidade semelhante ? do ouro. S? muito mais tarde ficou claro que o chumbo e o ouro s?o elementos qu?micos distintos e que os m?todos qu?micos s?o incapazes de transmutar um no outro - e tamb?m s? muito mais tarde os cientistas compreenderam que a proposta dos alquimistas era metaf?rica.

No s?culo XX, o desenvolvimento da f?sica nuclear mostrou que elementos mais pesados podem se transformar em outros mais leves, seja naturalmente, por decaimento radioativo, ou em laborat?rio, por meio do bombardeio de n?utrons ou pr?tons. Embora o ouro j? tenha sido produzido artificialmente dessa forma, o detector ALICE, um dos quatro grandes detectores do LHC, agora mediu a transmuta??o de chumbo em ouro por meio de um novo mecanismo que envolve "quase colis?es" - os n?cleos de chumbo na verdade passam raspando um pelo outro.

Como o LHC transforma chumbo em ouro

Colis?es de alt?ssima energia entre n?cleos de chumbo no LHC s?o usadas para criar o plasma de quarks e gl?ons, um estado quente e denso da mat?ria que se acredita ter preenchido o Universo cerca de um milion?simo de segundo ap?s o Big Bang, dando origem ? mat?ria que conhecemos hoje.

No entanto, nas intera??es muito mais frequentes, em que os n?cleos quase se chocam, mas sem trombarem diretamente uns com os outros, os intensos campos eletromagn?ticos ao seu redor podem induzir intera??es f?ton-f?ton e f?ton-n?cleo que abrem novas possibilidades de manipula??o da mat?ria.

O campo eletromagn?tico que emana de um n?cleo de chumbo ? particularmente forte porque o n?cleo cont?m 82 pr?tons, cada um carregando uma carga elementar. Al?m disso, a alt?ssima velocidade com que os n?cleos de chumbo viajam no LHC (correspondente a 99,999993% da velocidade da luz) faz com que as linhas do campo eletromagn?tico sejam comprimidas em uma fina panqueca, transversal ? dire??o do movimento, produzindo um pulso de f?tons de curta dura??o.

Frequentemente, isso desencadeia um processo chamado dissocia??o eletromagn?tica, pelo qual um f?ton interagindo com um n?cleo pode excitar oscila??es de sua estrutura interna, resultando na eje??o de pequenos n?meros de n?utrons e pr?tons. Para criar ouro (um n?cleo contendo 79 pr?tons), tr?s pr?tons devem ser removidos de um n?cleo de chumbo nos feixes do LHC.

"? impressionante ver que nossos detectores podem lidar com colis?es frontais que produzem milhares de part?culas, ao mesmo tempo em que s?o sens?veis a colis?es em que apenas algumas part?culas s?o produzidas por vez, permitindo o estudo de raros processos de 'transmuta??o nuclear' eletromagn?tica," disse Marco Van Leeuwen, porta-voz da Colabora??o ALICE.

V?rios elementos produzidos

A equipe do ALICE utilizou sensores chamados calor?metros de zero grau (ZDCs) para contar o n?mero de intera??es f?ton-n?cleo que resultaram na emiss?o de zero, um, dois ou tr?s pr?tons acompanhados por pelo menos um n?utron, que est?o associados ? produ??o de chumbo, t?lio, merc?rio e ouro, respectivamente.

Embora menos frequente do que a cria??o de t?lio ou merc?rio, os resultados mostram que o LHC atualmente produz ouro a uma taxa m?xima de cerca de 89.000 n?cleos por segundo a partir de colis?es chumbo-chumbo no ponto de colis?o do ALICE.

Os n?cleos de ouro emergem da colis?o com energia muito alta e atingem o tubo de feixe do LHC ou os colimadores em v?rios pontos a jusante, onde se fragmentam imediatamente em pr?tons, n?utrons e outras part?culas individuais. Ou seja, o ouro existe por apenas uma pequena fra??o de segundo, n?o sendo poss?vel colet?-lo.

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