Durante siglos los alquimistas buscaron convertir metales comunes en oro, un fenómeno conocido como crisopea. Ahora, gracias a los avances de la física nuclear, esta antigua aspiración se ha convertido en realidad de manera inesperada en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, donde los científicos han podido observar un proceso real y medible de transmutación de plomo en oro, según un artículo publicado recientemente por la colaboración ALICE en la revista Physical Review C.

La transformación observada por ALICE se basa en fenómenos físicos de alta energía y en mecanismos que solo pueden darse en condiciones extremas, como aquellas que se pueden recrear en las colisiones de núcleos pesados en el LHC. En particular, se trata de un tipo de interacción conocida como colisión ultra-periférica, en la que los núcleos de plomo —que contienen 82 protones cada uno— se aproximan a velocidades cercanas a la de la luz sin llegar a chocar directamente, generando intensos campos electromagnéticos capaces de inducir reacciones inusuales a escala subatómica.

Cuando estos campos actúan sobre los núcleos, pueden emitir pulsos de fotones extremadamente breves, los cuales interactúan con otras partículas del núcleo cercano. Este fenómeno, denominado disociación electromagnética, puede desestabilizar la estructura interna del núcleo y provocar la expulsión de protones y neutrones. En el caso específico de la creación de oro, se requiere que un núcleo de plomo pierda tres protones, reduciendo su número atómico de 82 a 79, lo que corresponde al oro (Au).

CERN acelerador plomo convierte oro
Ilustración de una colisión ultraperiférica en la que los dos haces de iones de plomo (208Pb) del LHC pasan cerca uno del otro sin colisionar. En el proceso de disociación electromagnética, un fotón que interactúa con un núcleo puede excitar oscilaciones de su estructura interna y provocar la eyección de un pequeño número de neutrones (dos) y protones (tres), dejando atrás el núcleo de oro (203Au). Crédito: CERN

Este mecanismo, que había sido teorizado pero no observado de manera sistemática hasta ahora, ha podido ser medido gracias a las capacidades únicas del detector ALICE, particularmente mediante sus calorímetros de cero grados (ZDC). Estos dispositivos permitieron contar con precisión los eventos en los que los núcleos emitían cero, uno, dos o tres protones —acompañados siempre por al menos un neutrón— lo que indica la posible formación de nuevos núcleos de plomo, talio, mercurio y, de manera más infrecuente, oro.

Según los datos recabados, el experimento ALICE ha detectado que, aunque la producción de oro es mucho menos común que la de otros elementos vecinos, en el punto de colisión del LHC se generan aproximadamente 89.000 núcleos de oro por segundo a partir de las colisiones entre núcleos de plomo. Sin embargo, estas partículas de oro emergen con tal energía que inmediatamente impactan contra el tubo del haz o los colimadores del acelerador, fragmentándose casi al instante en protones, neutrones y otras partículas elementales. En consecuencia, el oro producido existe solo durante una fracción diminuta de segundo, y no puede ser recolectado ni almacenado.

Durante el segundo ciclo operativo del LHC, que tuvo lugar entre 2015 y 2018, se estima que se formaron alrededor de 86 mil millones de núcleos de oro, lo que equivale a unos 29 picogramos, es decir, una cantidad 30 millones de veces menor que el peso de una mota de polvo. Aunque los avances tecnológicos han permitido duplicar esta cifra en el actual Run 3 del colisionador, el volumen total sigue siendo insignificante desde cualquier perspectiva práctica, especialmente para aquellos que aún sueñan con fabricar joyas a partir de partículas subatómicas.

Es impresionante ver cómo nuestros detectores pueden registrar colisiones frontales que generan miles de partículas, y al mismo tiempo ser lo suficientemente sensibles para detectar eventos donde solo unas pocas partículas están involucradas, comentó Marco Van Leeuwen, portavoz de la colaboración ALICE. Esta dualidad instrumental ha sido clave para detectar, por primera vez de manera sistemática, la firma experimental de la producción de oro en el LHC.

Por su parte, Uliana Dmitrieva, también integrante de ALICE, destacó que gracias a la capacidad única de los ZDC se ha podido realizar este análisis pionero. John Jowett, otro miembro del equipo, subrayó que estos resultados no solo amplían el conocimiento fundamental sobre la disociación electromagnética, sino que también permiten perfeccionar modelos teóricos que son esenciales para comprender y predecir las pérdidas de haz, un factor crítico para optimizar el rendimiento tanto del LHC como de futuros aceleradores de partículas.

FUENTES

CERN S. Acharya et al., Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at √sNN=5.02 TeV, Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906

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