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Colisões quase fatais entre núcleos de chumbo de alta energia no LHC geram campos eletromagnéticos intensos que podem eliminar prótons e transformar chumbo em quantidades fugazes de núcleos de ouro.
Imagem do detector ALICE (imagem: CERN)
Em um artigo publicado no Physical Review Journals , a colaboração ALICE relata medições que quantificam a transmutação de chumbo em ouro no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN .
Transformar o chumbo, um metal comum, no precioso ouro era o sonho dos alquimistas medievais. Essa busca de longa data, conhecida como crisopeia , pode ter sido motivada pela observação de que o chumbo, de cor cinza opaca e relativamente abundante, tem densidade semelhante à do ouro, há muito cobiçado por sua bela cor e raridade. Só muito mais tarde ficou claro que o chumbo e o ouro são elementos químicos distintos e que os métodos químicos são incapazes de transmutar um no outro.
Com o surgimento da física nuclear no século XX, descobriu-se que elementos pesados podiam se transformar em outros, seja naturalmente, por decaimento radioativo, ou em laboratório, sob bombardeio de nêutrons ou prótons. Embora o ouro já tenha sido produzido artificialmente dessa forma, a colaboração ALICE agora mediu a transmutação de chumbo em ouro por meio de um novo mecanismo que envolve colisões quase-acidentes entre núcleos de chumbo no LHC.
Colisões de altíssima energia entre núcleos de chumbo no LHC podem criar plasma de quarks e glúons, um estado quente e denso da matéria que se acredita ter preenchido o universo cerca de um milionésimo de segundo após o Big Bang, dando origem à matéria que conhecemos hoje. No entanto, nas interações muito mais frequentes, em que os núcleos quase se chocam sem "se tocarem", os intensos campos eletromagnéticos ao seu redor podem induzir interações fóton-fóton e fóton-núcleo que abrem novas possibilidades de exploração.
O campo eletromagnético que emana de um núcleo de chumbo é particularmente forte porque o núcleo contém 82 prótons, cada um carregando uma carga elementar. Além disso, a altíssima velocidade com que os núcleos de chumbo viajam no LHC (correspondente a 99,999993% da velocidade da luz) faz com que as linhas do campo eletromagnético sejam comprimidas em uma fina panqueca, transversal à direção do movimento, produzindo um pulso de fótons de curta duração. Frequentemente, isso desencadeia um processo chamado dissociação eletromagnética, pelo qual um fóton interagindo com um núcleo pode excitar oscilações de sua estrutura interna, resultando na ejeção de pequenos números de nêutrons e prótons. Para criar ouro (um núcleo contendo 79 prótons), três prótons devem ser removidos de um núcleo de chumbo nos feixes do LHC.
“É impressionante ver que nossos detectores podem lidar com colisões frontais que produzem milhares de partículas, ao mesmo tempo em que são sensíveis a colisões em que apenas algumas partículas são produzidas por vez, permitindo o estudo de processos de 'transmutação nuclear' eletromagnética”, diz Marco Van Leeuwen, porta-voz do ALICE.
A equipe do ALICE utilizou os calorímetros de zero grau (ZDC) do detector para contar o número de interações fóton-núcleo que resultaram na emissão de zero, um, dois e três prótons acompanhados por pelo menos um nêutron, que estão associados à produção de chumbo, tálio, mercúrio e ouro, respectivamente. Embora menos frequente do que a criação de tálio ou mercúrio, os resultados mostram que o LHC atualmente produz ouro a uma taxa máxima de cerca de 89.000 núcleos por segundo a partir de colisões chumbo-chumbo no ponto de colisão do ALICE. Núcleos de ouro emergem da colisão com energia muito alta e atingem o tubo de feixe do LHC ou os colimadores em vários pontos a jusante, onde se fragmentam imediatamente em prótons, nêutrons e outras partículas individuais. O ouro existe por apenas uma pequena fração de segundo.
A análise ALICE mostra que, durante a Execução 2 do LHC (2015-2018), cerca de 86 bilhões de núcleos de ouro foram criados nos quatro principais experimentos. Em termos de massa, isso corresponde a apenas 29 picogramas (2,9 × 10 -11 g). Como a luminosidade no LHC está aumentando continuamente graças às atualizações regulares das máquinas, a Execução 3 produziu quase o dobro da quantidade de ouro da Execução 2, mas o total ainda representa trilhões de vezes menos do que seria necessário para fabricar uma joia. Embora o sonho dos alquimistas medievais tenha se tornado tecnicamente realidade, suas esperanças de riqueza foram mais uma vez frustradas.
“Graças às capacidades únicas dos ZDCs ALICE, a análise atual é a primeira a detectar e analisar sistematicamente a assinatura da produção de ouro no LHC experimentalmente”, diz Uliana Dmitrieva da colaboração ALICE.
“Os resultados também testam e melhoram modelos teóricos de dissociação eletromagnética que, além de seu interesse físico intrínseco, são usados para entender e prever perdas de feixe que são um grande limite no desempenho do LHC e futuros aceleradores”, acrescenta John Jowett, também da colaboração ALICE.
Para saber mais, acesse o link>
Fonte: CERN / Publicação 08-05-2025
https://home.cern/news/news/physics/alice-detects-conversion-lead-gold-lhc
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Em outubro de 2014, ingressou no projeto S'Cool Ground Observation, que integra o Projeto CERES (Clouds and Earth’s Radiant Energy System) administrado pela NASA. Posteriormente, em setembro de 2016, passou a participar do The Globe Program / NASA Globe Cloud, um programa mundial de ciência e educação com foco no monitoramento do clima terrestre.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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