Cientìficos transforman plomo en oro por accidente al intentar recrear el Big Bang
Un grupo de fìsicos del Gran Colisionador de Hadrones, en Suiza, descubrió que la diferencia entre un átomo de plomo y uno de oro son solo algunos protones
Los alquimistas medievales soñaban con transmutar el plomo en oro.
Hoy, sabemos que el plomo y el oro son elementos diferentes y que ninguna química puede convertir uno en otro.
Pero nuestros conocimientos modernos nos indican la diferencia básica entre un átomo de plomo y un átomo de oro: el átomo de plomo contiene exactamente tres protones más. Entonces, ¿podemos crear un átomo de oro simplemente extrayendo tres protones de un átomo de plomo? Resulta que sí, pero no es fácil.
Mientras hacían chocar átomos de plomo a velocidades extremadamente altas para imitar el estado del universo justo después del Big Bang, los físicos que trabajan en el experimento ALICE del Gran Colisionador de Hadrones de Suiza (LHC, por sus siglas en inglés) produjeron por casualidad pequeñas cantidades de oro.
De hecho, cantidades extremadamente pequeñas: un total de unas 29 billonésimas de gramo.
Cómo robar un protón
Los protones se encuentran en el núcleo de un átomo. ¿Cómo se pueden extraer?
Los protones tienen carga eléctrica, lo que significa que un campo eléctrico puede tirar de ellos o empujarlos. Por lo tanto, colocar un núcleo atómico en un campo eléctrico podría lograrlo.
Sin embargo, los núcleos se mantienen unidos por una fuerza muy intensa y de muy corto alcance, que recibe el imaginativo nombre de interacción nuclear fuerte. Esto significa que se necesita un campo eléctrico extremadamente potente para extraer los protones, aproximadamente un millón de veces más fuerte que los campos eléctricos que crean los rayos en la atmósfera.
La forma en que los científicos crearon este campo fue disparando haces de núcleos de plomo entre sí a velocidades increíblemente altas, casi la velocidad de la luz.
La magia de un cuasi accidente
Cuando los núcleos de plomo chocan frontalmente, entra en juego la interacción nuclear fuerte y acaban destruyéndose por completo. Pero lo más habitual es que los núcleos tengan un encuentro cercano y solo se afecten mutuamente a través de la fuerza electromagnética.
La intensidad de un campo eléctrico disminuye muy rápidamente al alejarse de un objeto con carga eléctrica (como un protón). Pero a distancias muy cortas, incluso una carga diminuta puede crear un campo muy intenso.
Así, cuando un núcleo de plomo pasa junto a otro, el campo eléctrico entre ellos es enorme. El campo rápidamente cambiante entre los núcleos los hace vibrar y ocasionalmente expulsar algunos protones. Si uno de ellos expulsa exactamente tres protones, el núcleo de plomo se convierte en oro.
Contar protones
¿Cómo sabes si has convertido un átomo de plomo en oro? En el experimento ALICE, utilizan detectores especiales llamados calorímetros de grado cero para contar los protones desprendidos de los núcleos de plomo.
No pueden observar los núcleos de oro por sí mismos, por lo que solo saben de su existencia indirectamente.
Los científicos de ALICE calculan que, mientras colisionan haces de núcleos de plomo, producen unos 89.000 núcleos de oro por segundo. También observaron la producción de otros elementos: talio, que es lo que se obtiene cuando se toma un protón del plomo, así como mercurio (dos protones).
Una molestia alquímica
Una vez que un núcleo de plomo se ha transformado tras perder protones, ya no se encuentra en la órbita perfecta que lo mantiene circulando por el interior del tubo del haz de vacío del Gran Colisionador de Hadrones. En cuestión de microsegundos, chocará contra las paredes.
Este efecto hace que el haz pierda intensidad con el tiempo. Para los científicos, por lo tanto, la producción de oro en el colisionador es más una molestia que una bendición.
Sin embargo, comprender esta alquimia accidental es esencial para dar sentido a los experimentos, y para diseñar los experimentos aún más grandes del futuro.
Ulrik Egede es catedrático de Física en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation y se reproduce bajo licencia Creative Commons. Lee el artículo original.
Traducción de Sara Pignatiello