Según informó el CERN esta semana, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones han logrado lo que los alquimistas medievales solo podían soñar: la transmutación de plomo en oro mediante un proceso nuclear en el que colisiones de alta energía eliminan tres protones de los núcleos de plomo, creando núcleos de oro que existen solo por una fracción de segundo.
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) es un detector especializado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de CERN, diseñado para estudiar la física de iones pesados y el plasma de quarks y gluones. Sus capacidades únicas de identificación de partículas lo distinguen de otros experimentos del LHC, permitiendo a los investigadores diferenciar entre distintas especies de partículas en un amplio rango de momento.
El detector combina varios componentes sofisticados que trabajan en conjunto. El detector de Tiempo de Vuelo (TOF), que cubre 141 m² con aproximadamente 160,000 almohadillas de cámaras de placas resistivas multigap, logra una resolución temporal de alrededor de 100 ps, lo que permite la separación de kaones, piones y protones. El sistema central de seguimiento incluye una gran Cámara de Proyección Temporal (TPC) como detector principal de seguimiento, complementada por detectores de silicio para un seguimiento y una información de vértice de alta resolución.
Otros componentes especializados incluyen el Detector de Identificación de Partículas de Alto Momento (HMPID) para identificar partículas cargadas con gran momento, y el Detector de Radiación de Transición (TRD) con 1.2 millones de canales distribuidos en 700 m². Este sistema integral permite a ALICE manejar tanto colisiones de alta multiplicidad que producen miles de partículas como eventos raros con solo unas pocas partículas, como se demostró en las recientes mediciones de transmutación de plomo a oro.
Proceso de disociación electromagnética
El proceso de disociación electromagnética observado en el LHC ocurre durante colisiones ultra-periféricas donde los núcleos de plomo pasan cerca uno del otro sin contacto directo. Estas interacciones de casi colisión generan intensos campos electromagnéticos debido a los 82 protones en cada núcleo de plomo moviéndose al 99.999993% de la velocidad de la luz. Las líneas de campo electromagnético resultantes se comprimen en una forma delgada como un panqueque, creando un pulso efímero de fotones virtuales.
Cuando estos fotones interactúan con un núcleo, excitan oscilaciones en su estructura interna. Esta excitación puede resultar en la expulsión de pequeñas cantidades de neutrones y protones, un proceso llamado disociación electromagnética. En el caso de la transmutación de plomo a oro, deben eliminarse tres protones de un núcleo de plomo (Au). Los Calorímetros de Cero Grados (ZDCs) del experimento ALICE pueden detectar estas interacciones midiendo la emisión de protones y neutrones, permitiendo a los científicos identificar la creación de varios elementos incluyendo talio, mercurio y oro. Aunque este proceso produce aproximadamente 89,000 núcleos de oro por segundo durante las colisiones plomo-plomo, estos núcleos de oro existen solo por una fracción diminuta de segundo antes de fragmentarse en otras partículas.
Calorímetros de Grado Cero (ZDC)
Los Calorímetros de Cero Grados (ZDC) son detectores especializados cruciales para la capacidad de ALICE de detectar el proceso de transmutación de plomo a oro. Ubicados a 112,5 metros del punto de interacción en ambos lados del experimento ALICE, estos calorímetros detectan partículas neutras emitidas a casi cero grados con respecto a la dirección del haz. Cada conjunto ZDC consta de un calorímetro de neutrones (ZN) colocado entre los tubos de haz y un calorímetro de protones (ZP) posicionado externamente al tubo de haz saliente.
Los ZDC son "calorímetros de espagueti" que detectan la luz Cherenkov producida por partículas de cascada en fibras ópticas de sílice incrustadas dentro de absorbentes densos. Su función principal es medir la energía de los nucleones espectadores en colisiones de iones pesados, proporcionando una medida directa de la centralidad de la colisión. Durante los experimentos de transmutación de plomo a oro, los ZDC desempeñaron un papel fundamental al identificar interacciones fotón-núcleo y detectar con precisión la eyección de cero, uno, dos o tres protones, lo que corresponde a la formación de núcleos de plomo, talio, mercurio y oro, respectivamente.
Esta capacidad fue especialmente crítica para la primera detección experimental sistemática de la creación de oro en el LHC, ya que los ZDC podían manejar tanto colisiones de alta energía como eventos raros con pocas partículas, con una aceptación cercana al 100% para neutrones hacia adelante.
Con información de Perplexity.