Il re Mida potrà uscire di scena e gli alchimisti medioevali darsi finalmente pace, sospesi tra invidia e nostalgia. In un articolo pubblicato sulla rivista “Physical Review C” la collaborazione scientifica ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ha presentato la misura della trasmutazione del piombo in oro ottenuta attraverso un nuovo meccanismo, che coinvolge sorprendentemente collisioni “mancate” tra nuclei di piombo nell’acceleratore LHC al CERN di Ginevra. Ma facciamo un passo indietro. Gli elementi chimici, quelli che vediamo nella tavola periodica, sono, di fatto, atomi che si differenziano in particolare per il numero di protoni (particelle cariche positivamente) che si trovano nel nucleo. Il numero degli elettroni (cariche particelle negativamente) che orbitano attorno al nucleo, in natura, si “aggiusta” in modo da rendere l’atomo elettricamente neutro. Se consideriamo l’atomo di piombo, il cui nucleo possiede 82 protoni, per ottenere l’oro (che ne ha 79), dovremmo toglierne 3. Ma è più facile a dirsi che a farsi, perché i protoni sono fortemente legati tra loro, attraverso quelle forze che tengono insieme il nucleo stesso: le cosiddette interazioni forti. E qui veniamo alla domanda: come sono riusciti, al CERN, a strappare 3 protoni da alcuni nuclei di piombo? “La trasformazione di piombo in oro che abbiamo osservato non ha tirato in ballo forze nucleari. Cioè, i nuclei di piombo non sono stati trasformati in nuclei di oro attraverso un bombardamento di neutroni. Qui, le forze in gioco sono quelle elettromagnetiche: per la prima volta, cioè, abbiamo osservato che questo processo di trasformazione è avvenuto utilizzando la luce”, spiega Chiara Oppedisano, ricercatrice dell’INFN di Torino e che fa parte dell’esperimento ALICE al collider LHC del CERN.ALICE studia le collisioni piombo-piombo che permettono di ricreare le condizioni che esistevano un milionesimo di secondo dopo il Big Bang. “Abbiamo due fasci di nuclei di piombo accelerati a velocità ultra-relativistiche (viaggiano quasi alla velocità della luce) – racconta Oppedisano –. Ma immaginiamo di lanciare due manciate di sabbia una contro l'altra: alcuni granelli si scontreranno, mentre altri no. Lo stesso accade con i nuclei di piombo”. E sono proprio quelle mancate collisioni che hanno destato l’interesse dei ricercatori. Per capire che cosa sia accaduto bisogna guardare la vicenda da un altro punto di vista o, meglio, da un altro sistema di riferimento. Se ci trovassimo sulla banchina di una stazione e sui binari ci fossero due treni che arrivano da due direzioni opposte, li vedremmo viaggiare alle loro rispettive velocità. Ma, se ci trovassimo a bordo di uno dei due treni, percepiremmo la velocità dell’altro come la somma della sua velocità con quella a cui stiamo viaggiando noi. La stessa cosa accade con i nuclei di piombo, che viaggiano a una velocità prossima a quella della luce. “I nuclei di piombo accelerati – spiega Oppedisano – presentano un campo elettromagnetico molto intenso proprio per le alte velocità a cui viaggiano. Se fossimo uno di questi nuclei, vedremmo l’altro che si avvicina a noi a una velocità elevatissima”. La velocità della luce, appunto, oltre la quale niente può viaggiare. Infatti, ciò che il nucleo riesce a ‘vedere’ sono i fotoni (quanti di luce) dell’intenso campo elettromagnetico generato. “Quello che succede – aggiunge Chiara Oppedisano – è che il nucleo di piombo assorbe questa energia elettromagnetica. Quindi, non sono più processi nucleari, ma puramente elettromagnetici: il fotone eccita il nucleo e nella diseccitazione perde neutroni e protoni”. In ognuna di queste interazioni vengono prodotti sia altri isotopi del piombo (cioè nuclei di piombo con diverso numero di neutroni) sia nuclei di tallio, mercurio e oro, se cambia il numero di protoni: in particolare, l’emissione di un solo protone produce il tallio, quella di due protoni il mercurio, mentre quella di tre protoni ci dà l’oro. Gli strumenti con cui sono stati rilevati i nuclei di oro sono quattro e si chiamano calorimetri a zero gradi, non perché siano freddi, ma perché sono a zero gradi rispetto all'asse su cui viaggiano i fasci di particelle dell'LHC. “Si tratta di un genere di rivelatore, costruito a Torino, che avevamo già usato – racconta Oppedisano –. Abbiamo progettato questi rivelatori per l’esperimento ALICE e li manteniamo dal 2009. Sono messi molto vicini ai tubi del fascio e abbastanza lontani (a 112 metri) dal punto di interazione delle particelle e misurano l’energia di neutroni e protoni emessi dai nuclei di piombo. Tipicamente, servono a misurare delle quantità che caratterizzano le collisioni tra i nuclei. Ma ci siamo resi conto da subito che sono cruciali anche per misurare i processi elettromagnetici”. Inoltre, i nuclei di oro prodotti (parliamo dell’ordine di qualche decina di milionesimi di milionesimi di grammo in un singolo esperimento) escono dalle collisioni ad altissima energia e si schiantano contro i collimatori o i magneti. La loro breve esistenza (una frazione di secondo) può però darci diverse informazioni. “Innanzi tutto – spiega la ricercatrice – possiamo capire quale sia la vita media dei fasci di particelle che vengono iniettati, perché via via avremo sempre meno nuclei di piombo, fino a quando il fascio si dice degradato e bisogna ricominciare a iniettare atomi di piombo nell’LHC. Il secondo motivo è che, andando a sbattere su un collimatore o, peggio, su un magnete, questi nuclei trasformati possono portare a un surriscaldamento locale, che necessita lo spegnimento dell’LHC per far sì che i magneti si raffreddino. Infine, questo studio può avere un ruolo non indifferente nel caso di nuovi acceleratori per energie ancora più elevate, perché aumentando l’energia questi processi di produzione di nuclei secondari diventerebbero ancora più impattanti: la vita media di un fascio di particelle sarebbe, cioè, ancora più breve”. La trasmutazione del piombo in oro non è più un sogno alchemico, ma un fenomeno reale, seppur effimero e lontano da ogni applicazione pratica. Eppure, anche pochi nuclei di oro bastano a ricordarci che ogni esperimento, anche nelle sue manifestazioni più inaspettate, ci avvicina un po’ di più alla comprensione profonda dell’Universo.