Aceleradores de partícula estão transformando chumbo em ouro, mas longe do sonho de alquimistas

 
Cientistas conseguiram transformar chumbo em ouro como vem sendo veiculado na mídia popular? Bem, tecnicamente sim. Então o sonho dos alquimistas se transformou em realidade? Bem, não exatamente.

Essa transformação de chumbo em ouro ocorreu durante experimentos realizados no Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado no subsolo, próximo de Genebra, na Suíça.

O LHC é o maior e mais poderoso (energético) acelerador de partículas do mundo, e consiste de um anel de 27 km baseado em magnetos supercondutores com um número de estruturas aceleradoras ao longo do caminho.

Dentro do acelerador, dois feixes de partículas de alta energia viajam próximo da velocidade da luz (velocidades relativísticas) antes de serem conduzidas à colisão. As partículas são aceleradas e viajam em sentidos opostos no anel de colisão, dentro de tubos separados. Esses tubos são mantidos em ultra-vácuo.

Os feixes de partículas são guiados ao longo do anel acelerador por um forte campo magnético mantido por eletromagnetos supercondutores. Os eletromagnetos são construídos a partir de bobinas feitas com cabos elétricos especiais que operam em um estado de supercondução, conduzindo eletricidade sem resistência ou perda de energia.

Para essa supercondução, os magnetos precisam ser mantidos a uma temperatura de 271,3°C - muito próximo do zero absoluto (273,15°C), a menor temperatura teoricamente possível no universo. Para isso, um amplo sistema de resfriamento baseado em hélio líquido é usado.

Bem, voltando à "alquimia", a transformação de chumbo em ouro ocorreu acelerando íons de chumbo no LHC, em sentidos opostos.

Quando os íons de chumbo passam muito próximos uns dos outros no anel acelerador, o intenso campo magnético ao redor dessas partículas carregadas cria um pulso de energia na forma de fótons que provoca a expulsão de até três prótons do núcleo dos átomos de chumbo.

O elemento chumbo (Pb) possui 82 prótons no núcleo, enquanto o elemento ouro (Au) possui 79 prótons no núcleo. O número atômico [de prótons] é que determina a natureza de um elemento químico. Quando três prótons são expulsos do núcleo do chumbo, esse, portanto, se transforma em ouro.

Um estudo publicado recentemente no periódico Physical Review C (Ref.2) calculou que entre 2015 e 2018, experimentos de colisão no LHC - acelerando íons de chumbo e envolvendo energia de 5,02 TeV para cada par de interação (Pb-Pb) - criaram 86 bilhões de núcleos de ouro, cerca de 29 trilionésimos de uma grama.

A maioria das partículas de ouro criadas - instáveis e altamente energéticas - provavelmente existiram por apenas ~1 microssegundo antes de colidirem com os aparatos experimentais ou serem fragmentadas em outros núcleos e partículas.

E isso sem contar o enorme volume de energia gasto para os experimentos de colisão.

Portanto, quantitativamente, temporalmente e economicamente, está longe do sonho ambicioso dos alquimistas do século XVII.

> Além de ouro, outros elementos também são criados nas colisões relativísticas de chumbo no LHC com perdas de 1 e 2 prótons: mercúrio (Hg, Z = 80) e tálio (Tl, Z = 81). Isso sem contar outros elementos criados em reações nucleares secundárias.

> Falando em ouro e mercúrio, note o alto número atômico desses elementos. O que acontece com os elétrons mais próximos dos núcleos desses elementos? Fica o convite de leitura: Qual é a relação entre Relatividade, Ouro e Mercúrio?

> E você sabe como ouro é produzido no universo? Apenas fusão nuclear em estrelas explica? Não. Quase metade dos elementos no universo mais pesados do que o ferro (Fe) são sintetizados através do processo-r. Entenda: Como os elementos químicos são formados no Universo?

REFERÊNCIAS

1. Acharya et al. (2025). Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at √𝑠𝑁⁢𝑁=5.02 TeV. Physical Review C, 111, 054906. https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.054906
2. https://home.cern/science/accelerators/large-hadron-collider
3. https://www.nature.com/articles/d41586-025-01484-3