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Um grande arco vermelho com máquinas complexas abaixo dele. | Crédito: CERN
Durante séculos, os alquimistas sonhavam em transformar o chumbo em ouro – não através da magia, mas desbloqueando o potencial oculto dentro dos metais. Embora seus métodos nunca tenham surgido, os da ciência moderna finalmente o fizeram.
Pesquisadores da Large Hadron Collider (LHC)-o maior e mais alto acelerador de partículas de energia do mundo-observou uma transmutação da vida real de chumbo em ouro. Mas essa transformação não veio de colisões diretas, como foi observado anteriormente. Em vez disso, emergiu através de um novo mecanismo envolvendo interações quase acertadas entre núcleos atômicos.
O LHC foi construído para acelerar partículas para perto do velocidade da luz. As colisões dessas partículas permitem que os cientistas estudam o fundamental Bloco de construção da matéria e explore como nosso universo está estruturado em suas menores escalas.
Embora as informações vitais tenham sido obtidas dessas colisões frontais, a maioria dos encontros dentro do colisor é indireta. Nesses “pardos próximos”, as partículas passam próximas uma da outra, sem fazer contato, mas geram campos eletromagnéticos tão intensos que podem desencadear reações nucleares inesperadas.
“O campo eletromagnético que emana de um núcleo de chumbo é particularmente forte porque o núcleo contém 82 prótons, cada um carregando uma acusação elementar”, escreveram funcionários da Organização Europeia de Pesquisa Nuclear (conhecida por seu acrônimo francês, CERN) em um declaração.
“Além disso, a velocidade muito alta na qual os núcleos de chumbo viajam no LHC (correspondendo a 99.999993% da velocidade da luz) faz com que as linhas de campo eletromagnético sejam esmagadas em uma panqueca fina, transversal à direção do movimento, produzindo um pulso de fótons de vida curta”, acrescentou.
Esse pulso pode desencadear um processo conhecido como dissociação eletromagnética, na qual um fóton interage com um núcleo, induzindo oscilações internas que ejetaram nêutrons e fótons. No caso de um átomo de chumbo que passa, a perda de três prótons através desse processo resulta no formação de ouro.
“É impressionante ver que nossos detectores podem lidar com colisões frontais que produzem milhares de partículas, além de ser sensível a colisões, onde apenas algumas partículas são produzidas por vez, permitindo o estudo do mais novo, o que está por trás do mais novo e do mais novo e do mais novo e do The ALECHERS STOREN.
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O trabalho “é o primeiro a detectar e analisar sistematicamente a assinatura da produção de ouro no LHC experimentalmente”, acrescentou Uliana Dmitrieva da colaboração de Alice.
A equipe conseguiu identificar a perda de prótons não apenas associada à formação de ouro, mas também à produção de átomos de chumbo, tálio e mercúrio. Essa análise foi possível por um dispositivo chamado calorímetro de zero grau (ZDC), que detecta e conta as interações fóton-nucleus, medindo as emissões resultantes.
A equipe informou que o LHC pode produzir até 89.000 núcleos de ouro por segundo a partir de colisões com chumbo. “A análise de 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”, escreveram funcionários do CERN no comunicado.
No entanto, qualquer alquimista moderno que espera lucrar pode ficar desapontado. Isso corresponde a apenas 29 picogramas (2,9 × 10-11 gramas) de material, e esses átomos de ouro são extremamente curtos. Eles são tão enérgicos que imediatamente baterem em partes do LHC, como o tubo de feixe ou colimadores, se separando quase instantaneamente prótonsnêutrons e outras partículas. Como resultado, o ouro existe apenas por uma fração fugaz de segundo.
“Os resultados […] Teste e melhore os modelos teóricos de dissociação eletromagnética que, além de seu interesse físico intrínseco, são usados para entender e prever as perdas de feixe que são um limite importante para o desempenho do LHC e futuros colisores “, concluiu John Jowett, também da colaboração de Alice.