Nel cuore della fisica europea è stato osservato un fenomeno che sembra uscito da un trattato di alchimia, ma che appartiene pienamente alla fisica moderna: la trasformazione di nuclei di piombo in nuclei di oro, anche se per un tempo incredibilmente breve. Non si tratta di una promessa di ricchezza, bensì di un risultato ottenuto a scala nucleare in un ambiente controllato, dove i nuclei atomici si comportano in modo molto diverso da come suggerirebbe l’intuizione quotidiana.
Il contesto è quello della fisica delle alte energie, in cui collisioni e quasi-collisioni tra ioni pesanti permettono di studiare le interazioni fondamentali della materia. La conversione di piombo in oro osservata al CERN rientra proprio in questo scenario e apre nuove domande sui processi elettromagnetici estremi e sulle loro possibili conseguenze tecniche.
Dall’alchimia alla fisica delle particelle: la nuova via per trasformare il piombo in oro
Per secoli la trasformazione di un elemento chimico in un altro è stata il sogno degli alchimisti medievali, nota con il termine chrysopoeia, cioè la ricerca della “fabbricazione dell’oro”. La somiglianza di densità tra piombo e oro alimentava l’idea che potessero essere convertiti l’uno nell’altro, finché la chimica moderna ha chiarito che si tratta di elementi distinti, impossibili da trasformare tramite reazioni chimiche.
Questo limite ha iniziato a incrinarsi con la nascita della fisica nucleare nel XX secolo, quando si è scoperto che i nuclei atomici possono cambiare natura attraverso decadimenti radioattivi o bombardamenti di particelle. È in questo quadro che si colloca il lavoro realizzato alla Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN), dove la conversione di piombo in oro è stata misurata tramite un meccanismo diverso da quelli esplorati finora.
Dopo questo primo traguardo sperimentale, i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Journals, descrivendo in dettaglio come collisioni quasi impercettibili possano innescare il processo di trasformazione.
Collisioni ultraperiferiche e campi elettromagnetici estremi
L’esperimento è stato condotto nel Large Hadron Collider (LHC), un anello sotterraneo in cui nuclei di piombo vengono accelerati fino a raggiungere circa il 99,999993% della velocità della luce. Nelle collisioni frontali si ricrea il plasma di quark e gluoni, uno stato di materia estremamente denso e caldo. Tuttavia, il fenomeno cruciale per la trasformazione in oro avviene in interazioni più frequenti: le cosiddette collisioni ultraperiferiche.
In questi incontri, i nuclei non arrivano a toccarsi fisicamente. Sono invece i campi elettromagnetici intensissimi che li circondano a interagire per un brevissimo istante. Poiché il piombo possiede 82 protoni, il suo campo elettrico è particolarmente forte; quando il nucleo viaggia a velocità relativistiche, questo campo si “comprime” in un impulso di fotoni di durata estremamente ridotta.
Questo impulso può causare l’espulsione di protoni dal nucleo di piombo. Se il nucleo perde tre protoni, passa da 82 a 79 protoni, che è proprio la “firma” nucleare dell’oro. In questo modo si realizza la conversione di piombo in oro, ma solo per un tempo dell’ordine di 10⁻²³ secondi, prima che il nucleo venga distrutto o trasformato in ulteriori interazioni.
Rivelatori, misure e un oro estremamente effimero
L’osservazione diretta di questo processo è stata possibile grazie all’esperimento ALICE, progettato per studiare la materia in condizioni estreme. In particolare, sono stati utilizzati i calorimetri di grado zero, posizionati a più di 100 metri dal punto di interazione, in grado di rilevare neutroni e protoni espulsi a seguito dell’interazione elettromagnetica.
Il team ha misurato eventi in cui venivano espulsi zero, uno, due o tre protoni, associati rispettivamente alla produzione di:
- nuclei di piombo
- nuclei di tallio
- nuclei di mercurio
- nuclei di oro
La produzione di oro è meno frequente rispetto agli altri casi, ma i dati indicano comunque una frequenza massima di circa 89.000 nuclei di oro al secondo nel punto di collisione analizzato. Durante il secondo periodo operativo dell’acceleratore (2015-2018), nei grandi esperimenti sono stati generati complessivamente circa 86 miliardi di nuclei di oro.
Dal punto di vista della massa, però, questa quantità corrisponde a soli 29 picogrammi, un valore del tutto trascurabile al di fuori del contesto sperimentale. Inoltre, questi nuclei d’oro si frammentano immediatamente quando impattano contro i componenti dell’acceleratore, a conferma del carattere estremamente effimero della trasformazione osservata.
Impatto scientifico e tecnico della trasformazione piombo-oro
Al di là del richiamo simbolico all’alchimia, l’interesse principale di questo risultato riguarda le sue implicazioni pratiche. Quando uno ione di piombo perde protoni, cambia la propria traiettoria all’interno del campo magnetico dell’acceleratore. I frammenti risultanti possono colpire collimatori o tubazioni del fascio, generando perdite che riducono le prestazioni dell’impianto.
Misurare con precisione tutti i canali di emissione di protoni consente di migliorare i modelli che prevedono tali perdite e di ottimizzare il progetto di futuri upgrade dell’acceleratore. In questo senso, lo studio della trasformazione di piombo in oro contribuisce ad aumentare sicurezza ed efficienza di grandi infrastrutture scientifiche.
Infine, i dati raccolti aiutano a perfezionare i modelli teorici di dissociazione elettromagnetica e offrono una base sperimentale per esplorare processi collegati, come le interazioni fotone-fotone o lo studio della struttura interna dei nuclei pesanti. La “chrysopoeia” moderna, quindi, non produce lingotti, ma conoscenze più accurate sui limiti estremi della materia e dei campi elettromagnetici.
FAQ
Questo metodo potrebbe un giorno servire per produrre oro in quantità utili?
No. Le quantità prodotte sono minuscole (decine di picogrammi in diversi anni di funzionamento) e i nuclei di oro sono immediatamente distrutti o trasformati in altre particelle. I costi energetici e infrastrutturali sono enormemente superiori a qualsiasi valore economico dell’oro ottenuto. Il processo ha valore scientifico e tecnico, non industriale o commerciale.
La trasformazione viola le leggi della chimica?
Non le viola, perché avviene su un piano diverso. Le leggi della chimica stabiliscono che non si può trasformare un elemento in un altro tramite reazioni chimiche, cioè modificando solo gli elettroni. Qui, invece, si interviene sul nucleo atomico, cambiando il numero di protoni tramite interazioni nucleari ed elettromagnetiche ad altissima energia. È pienamente coerente con la fisica nucleare moderna.
