Convertir el plomo en oro: El CERN logra el sueño de la alquimia (y de Newton)

El Centro Europeo de Física de Partículas (CERN), con sede en Ginebra, ha anunciado un avance extraordinario en el campo de la física nuclear: la observación y cuantificación de la transmutación del plomo en oro.

Este logro, conseguido gracias al experimento Alice (A Large Ion Collider Experiment) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), no implica la producción de oro utilizable, pero representa una proeza científica que recuerda uno de los anhelos más antiguos de la humanidad.

El antiguo sueño de los alquimistas

Durante siglos, la idea de convertir metales comunes en oro fue uno de los pilares de la alquimia, una disciplina proto-científica que floreció especialmente en la Edad Media y el Renacimiento.

Entonces, el plomo era considerado un candidato ideal para ser transformado en oro mediante la mítica piedra filosofal, una sustancia legendaria que no solo prometía riquezas ilimitadas, sino también la posibilidad de curar enfermedades e incluso alcanzar la inmortalidad.

La transmutación, conocida como crisopoeia, se basaba en la observación de que el plomo, relativamente abundante, comparte una densidad similar al oro, un metal raro y preciado. Sin embargo, a medida que avanzaba el conocimiento científico, se entendió que el plomo y el oro son elementos químicos distintos, y que los métodos químicos tradicionales no podían transmutar uno en otro.

Un interés compartido por Newton

Una figura emblemática que sirve para ilustrar muestra los vínculos entre la alquimia y la ciencia es sir Isaac Newton. Conocido por formular las leyes del movimiento y de la gravitación universal, entre otros hitos, Newton también dedicó una parte significativa de su vida al estudio de la alquimia.

En sus escritos, exploró conceptos como la piedra filosofal y el elixir de la vida, convencido de que una comprensión más profunda de la materia y sus transformaciones permitiría revelar los secretos de la creación divina.

Para Newton, la alquimia era tanto un ejercicio espiritual como una vía hacia el conocimiento total del universo. Aunque no existen pruebas de que intentara convertir plomo en oro mediante procedimientos prácticos (aunque sí que llevó a cabo numerosos experimentos químicos), su interés por la transmutación revela hasta qué punto esta aspiración formó parte del pensamiento científico de su época.

La transmutación de metales, incluida la conversión del plomo en oro, se entendía en ese contexto histórico no como un sortilegio obra de magos y brujas, sino como un medio para entender las leyes divinas de la creación.

El experimento Alice: ¿Cómo funciona la transmutación en el LHC?

Con el advenimiento de la física nuclear en el siglo XX, se descubrió que los elementos pesados podían transformarse en otros de manera natural, como en el caso de la desintegración radiactiva, o en el laboratorio, bajo bombardeos de neutrones o protones.

En el LHC, los científicos del CERN logran colisionar núcleos de plomo a velocidades cercanas a la de la luz, generando campos electromagnéticos tan intensos que pueden inducir interacciones entre fotones y núcleos.

Estas interacciones provocan un fenómeno conocido como disociación electromagnética, en el que los núcleos se excitan y expulsan protones y neutrones. Dado que el plomo posee 82 protones y el oro 79, al eliminar tres protones mediante este mecanismo, es técnicamente posible generar núcleos de oro.

El experimento Alice ha logrado cuantificar la producción de oro mediante este proceso, como recogen sus responsables en un artículo publicado en Physical Review Journals. A través del uso de calorímetros de cero grados (ZDC), el equipo detectó interacciones fotón-núcleo que resultaron en la emisión de cero, uno, dos y tres protones acompañados al menos de un neutrón.

Estos resultados están asociados con la producción de plomo, talio, mercurio y oro. Aunque la creación de oro en el LHC es mucho menos frecuente que la de talio o mercurio, los resultados muestran que el LHC produce oro a una tasa máxima de aproximadamente 89.000 núcleos por segundo durante las colisiones de plomo en el punto de colisión de Alice.

Un oro breve y minúsculo

El oro producido en el LHC es extremadamente efímero, ya que los núcleos de oro, tras ser creados, se fragmentan casi de inmediato tras impactar contra los componentes del colisionador en protones, neutrones y otras partículas.

El oro existe solo durante una fracción de segundo, lo que hace que la cantidad generada sea casi insignificante. Durante la segunda fase de funcionamiento del LHC (2015-2018), se produjeron unos 86.000 millones de núcleos de oro, lo que corresponde a una masa de solo 29 picogramos (2.9 × 10^-11 g).

Aunque la luminosidad en el LHC sigue aumentando gracias a las actualizaciones regulares, el total producido sigue siendo trillones de veces menor que la cantidad necesaria para crear una pieza de joyería.

Por tanto, aunque se ha logrado la transmutación, la cantidad y duración del oro producido lo hacen irrelevante desde un punto de vista práctico o económico.

La relevancia científica y las implicaciones del experimento

Sin embargo, los beneficios científicos son notables. Este experimento permite probar y perfeccionar modelos teóricos sobre las interacciones electromagnéticas entre partículas pesadas, fundamentales para entender fenómenos como las pérdidas de haces de partículas, que limitan el rendimiento del LHC y de futuros colisionadores.

Marco van Leeuwen, portavoz de Alice, subraya que la capacidad del detector para estudiar tanto colisiones comunes como eventos de transmutación nuclear representa un avance significativo para el estudio de procesos electromagnéticos. Por su parte, Uliana Dmitrieva, también del equipo de Alice, subraya que este análisis es el primero en detectar y analizar experimentalmente la firma de la producción de oro en el LHC.

El experimento del CERN, uno de los templos de la física moderna, conecta así con la alquimia que, con toda su carga mística y filosófica, se propuso descubrir la esencia última de la materia. El CERN ha logrado lo que los alquimistas solo imaginaron: la transmutación del plomo en oro, aunque sea por una fracción de segundo.