ALICE misura la conversione del piombo in oro con calorimetri italiani

Grazie alla fisica nucleare sappiamo che gli elementi pesanti possono trasmutarsi, sia naturalmente, tramite decadimento radioattivo, sia in laboratorio, sotto bombardamento di neutroni o protoni. Ciò vale anche per gli elementi preziosi come l’oro la cui produzione, a partire dalla trasformazione di metalli comuni, come ad esempio il piombo, è stata il sogno degli alchimisti e non solo. In un articolo pubblicato sulla rivista su Physical Review C, la collaborazione scientifica ALICE presenta la misura della trasmutazione del piombo in oro ottenuta attraverso un nuovo meccanismo che coinvolge collisioni mancate tra nuclei di piombo nell’acceleratore LHC al Cern. https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.111.054906

I nuclei di piombo, accelerati a velocità ultra-relativistiche, generano intensi campi elettromagnetici che producono impulsi di fotoni. Quando i nuclei di piombo non si scontrano e non danno quindi origine ad interazioni nucleari, avvengono interazioni elettromagnetiche che possono portare all’emissione di neutroni o protoni da parte del nucleo che assorbe questi fotoni. Il nucleo di piombo diventa quindi tallio, mercurio o oro, a seconda che siano emessi 1, 2 o 3 protoni. Sebbene meno frequente della creazione di tallio o mercurio, i risultati mostrano che LHC produce attualmente oro a un tasso di circa 89.000 nuclei al secondo. 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’oro esiste solo per una piccola frazione di secondo e in una quantità piccolissima.

Per misurare la produzione di atomi di oro Il team di ALICE ha utilizzato i calorimetri a zero gradi (ZDC) rivelatori progettati e realizzati dai gruppi italiani dell’INFN di Torino e Cagliari. Dal 2015 al 2018, ovvero durante il Run 2 di LHC, sono stati prodotti 86 miliardi di differenti isotopi di oro dai 4 esperimenti di LHC.

“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” sottolinea Chiara Oppedisano, ricercatrice della sezione INFN di Torino.