Científicos tratando de imitar el Big Bang producen oro por accidente.
- Alice Meraviglia
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Los alquimistas de la Edad Oscura soñaron con hacerlo... Pero hoy sabemos que transmutar plomo en oro es imposible, y ninguna cantidad de química podría lograrlo. Pero al mismo tiempo que nuestro conocimiento de hoy nos dice que hay una diferencia fundamental entre un átomo de oro y uno de plomo, también nos dice que un átomo de plomo contiene solo tres protones más que un átomo de oro. ¿No sería posible simplemente extraer esso tres protones del átomo de plomo y ya? ¿Convertirlo con eso en el átomo de oro que soñamos?
Mientras reventaban átomos contra otros átomos a velocidades extremadamente altas, científicos que trabajaban en un experimento para duplicar las condiciones justo después del Big Bang en el experimento ALICE del Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), accidentalmente produjeron pequeñas cantidades del metal oro.
Extremadamente pequeñas esas cantidades, de hecho fueron apenas 29 billonésimas de gramo.
¿Cómo robarse un protón?
Los protones se pueden encontrar en el núcleo de los átomos, pero las fuerzas que los mantienen unidos son tan grandes que pensaríamos que no se puede arrancar uno de ahí. Excepto porque los protones tienen una carga eléctrica, lo que quiere decir que un campo eléctrico es entonces capaz de moverlos. Colocar un núcleo atómico en un campo eléctrico podría hacerlo.
Sin embargo, los núcleos se sostienen juntos por una fuerza increíblemente fuerte que actúa solo a distancias muy cortas. A esta fuerza (muy creativamente) la hemos llamado la Fuerza Fuerte Nuclear. Y por ser tan fuerte, se necesita entonces un campo eléctrico extremadamente fuerte para poder mover protones fuera de ese núcleo. Más o menos debe ser un millón de veces más fuerte que los campos que producen rayos en la atmósfera.
La forma en que los científicos lograron crear este campo fue disparando rayos hechos de núcleos de plomo unos contra otros a muy altas velocidades, casi la velocidad de la luz.
La magia de fallar por un pelo
Cuando los núcleos de plomo sufren una colisión directa frente a frente, la fuerza nuclear fuerte domina lo que ocurre y terminan casi siempre destruidos por completo, pero es mucho más común que los núcleos pasen muy cerca unos de otros y eso implica que solo son afectados por la fuerza electromagnética.
La fuerza de un campo eléctrico disminuye rápidamente con la distancia mientras te vas separando de un objeto con carga (como un protón), pero a distancias muy cortas, incluso una carga pequeña puede tener un campo muy potente.
Así que cuando un núcleo apenas roza a otro, el campo eléctrico entre ambos es gigante, Ese campo que cambia rápidamente, hace que los núcleos de la casi colisión vibren con fuerza y ocasionalmente escupan alguno de sus protones. Si uno de ellos escupe exactamente tres de esos protones, el núcleo de plomo se acaba de convertir en un núcleo de oro.
Contando protones
¿Y cómo se entera alguien de que ha convertido átomos de plomo en oro? En el experimento de ALICE, usan detectores especiales llamados calorímetros de cero grados que cuentan la cantidad de protones que han sido arrancados de los núcleos de plomo.
No pueden observar los núcleos de oro por sí mismos, pero saben sobre ellos indirectamente.
Los científicos de ALICE calculan que, mientras hacen sus colisiones de rayos de núcleos de plomo, producen aproximadamente 89,000 núcleos de oro por segundo. También han observado que se producen otros elementos, como talio (que es lo que obtienes cuando quitas un solo protón al plomo) y mercurio (lo que obtienes cuando quitas dos protones).
Una molestia alquímica
Una vez que un núcleo de plomo se ha transformado al perder protones, ya no se encuentra en la órbita perfecta que lo mantiene circulando dentro del tubo de haz de vacío del Gran Colisionador de Hadrones. En cuestión de microsegundos, colisionará con las paredes.
Este efecto hace que el haz pierda intensidad con el tiempo. Por lo tanto, para los científicos, la producción de oro en el colisionador es, en realidad, más una molestia que una bendición.
Sin embargo, comprender esta alquimia accidental es esencial para dar sentido a los experimentos y para diseñar experimentos aún más grandes en el futuro.
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