O Sonho dos Alquimistas se Torna Realidade (Mas Não Como Eles Esperavam): Chumbo em Ouro no CERN!

Por séculos, alquimistas debruçaram-se sobre seus caldeirões e manuscritos, perseguindo um sonho dourado: a crisopeia, a transmutação do chumbo, um metal comum e fosco, no cobiçado e brilhante ouro. Embora a densidade semelhante dos dois metais alimentasse suas esperanças, a ciência moderna revelou que chumbo e ouro são elementos químicos distintos, e métodos químicos são inúteis para transformá-los um no outro.

No entanto, o advento da física nuclear no século XX abriu uma nova janela para essa antiga busca. Descobriu-se que elementos podem, sim, se transformar – seja naturalmente, por decaimento radioativo, ou em laboratório, sob bombardeios de partículas. E agora, em uma reviravolta que ecoa os sonhos medievais, cientistas do CERN, utilizando o detector ALICE no Grande Colisor de Hádrons (LHC), não apenas realizaram essa transmutação, mas a mediram e quantificaram por um novo mecanismo.

Em um artigo publicado na Physical Review C (referência: S. Acharya et al., 2025, DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906), a colaboração ALICE detalha como colisões de "quase acidente" entre núcleos de chumbo em velocidades estonteantes (99,999993% da velocidade da luz!) podem levar à criação de ouro.

A Física por Trás da "Alquimia Moderna"

No LHC, feixes de núcleos de chumbo são acelerados a energias extremas. Embora o objetivo principal de muitas colisões seja criar o plasma de quarks e glúons – um estado da matéria que existiu momentos após o Big Bang –, interações muito mais frequentes ocorrem quando os núcleos passam raspando um pelo outro, sem um contato direto.

Nessas colisões "ultraperiféricas", os intensos campos eletromagnéticos que emanam dos núcleos de chumbo (cada um com 82 prótons) se tornam incrivelmente poderosos. A velocidade extrema com que viajam esmaga esses campos em pulsos de fótons muito curtos e energéticos.

Esses pulsos de fótons podem interagir com um dos núcleos de chumbo, excitando-o a ponto de ejetar alguns de seus prótons e nêutrons – um processo chamado dissociação eletromagnética. Para transformar chumbo (82 prótons) em ouro (79 prótons), é preciso "arrancar" três prótons do núcleo de chumbo.

Medindo o Ouro no LHC

A equipe do ALICE utilizou detectores especializados, os calorímetros de zero grau (ZDC), para contar as interações que resultavam na emissão de diferentes números de prótons, permitindo-lhes identificar a produção de chumbo (sem perda de prótons), tálio (perda de 1 próton), mercúrio (perda de 2 prótons) e, finalmente, ouro (perda de 3 prótons).

"É impressionante ver que nossos detectores podem lidar com colisões frontais produzindo milhares de partículas, ao mesmo tempo em que são sensíveis a colisões onde apenas algumas partículas são produzidas por vez", disse Marco Van Leeuwen, porta-voz do ALICE.

Uma Fortuna em Ouro? Nem Tanto...

Embora a criação de ouro seja menos frequente que a de tálio ou mercúrio, os resultados mostram que o LHC produz ouro a uma taxa de cerca de 89.000 núcleos por segundo durante as colisões de chumbo-chumbo no ponto de interação do ALICE.

Parece muito? Bem, esses núcleos de ouro são produzidos com energia altíssima e existem por uma fração ínfima de segundo antes de se fragmentarem ao atingir o tubo do feixe ou outras partes do colisor.

Durante a "Corrida 2" do LHC (2015-2018), estima-se que foram criados cerca de 86 bilhões de núcleos de ouro. Em termos de massa, isso equivale a meros 29 picogramas (2,9 x 10⁻¹¹ gramas). Mesmo com o aumento da luminosidade do LHC na "Corrida 3", produzindo quase o dobro dessa quantidade, o total ainda é trilhões de vezes menor do que o necessário para fazer qualquer joia.

A Importância Científica Além do "Sonho Dourado"

Portanto, embora o sonho dos alquimistas tenha sido tecnicamente realizado, a perspectiva de enriquecimento rápido continua sendo uma miragem. No entanto, a importância científica desta medição vai muito além da curiosidade histórica.

"Graças às capacidades únicas dos ZDCs ALICE, a presente análise é a primeira a detectar e analisar sistematicamente a assinatura da produção de ouro no LHC experimentalmente", explica Uliana Dmitrieva, da colaboração ALICE.

Esses resultados também são cruciais para testar e aprimorar os modelos teóricos de dissociação eletromagnética. Como acrescenta John Jowett, também da colaboração ALICE, esses modelos são usados para entender e prever perdas de feixe, um fator limitante no desempenho do LHC e de futuros colisores.

Assim, enquanto a alquimia moderna do CERN não vai encher cofres de ouro, ela ilumina processos fundamentais da física nuclear, aprimora nossa compreensão do universo em seus primórdios e ajuda a otimizar as incríveis máquinas que nos permitem explorar esses mistérios. O verdadeiro tesouro, ao que parece, é o conhecimento.