Un test di frontiera risveglia il sogno millenario della trasmutazione, ma in scala subatomica e con finalità più scientifiche che commerciali

Per secoli, l’idea di trasformare il piombo in oro ha acceso l’immaginario di alchimisti e filosofi naturali. Oggi, quella fantasia assume contorni reali grazie alla fisica delle particelle. Al CERN, il più grande laboratorio di fisica del mondo, un esperimento condotto dalla collaborazione ALICE ha dimostrato che è effettivamente possibile ottenere nuclei di oro a partire da piombo: non con incantesimi o elisir, ma con il potere travolgente delle collisioni ad altissima energia tra nuclei pesanti.
La scoperta è stata pubblicata su “Physical Review Journals”, confermando che durante le collisioni quasi-mancate tra nuclei di piombo nel Large Hadron Collider (LHC), intense interazioni elettromagnetiche possono strappare protoni dai nuclei e, in rare circostanze, produrre atomi di oro. Un processo che, pur evocando la “chrysopoeia” alchemica, ha implicazioni ben più vaste per la fisica fondamentale.

“È una testimonianza straordinaria della precisione raggiunta dalla fisica sperimentale moderna”,

afferma il fisico nucleare italiano Gianluca Usai, ricercatore presso l’INFN di Cagliari e membro della collaborazione ALICE.

“Non si tratta di produrre oro in senso economico, ma di sondare i limiti della struttura nucleare e testare modelli teorici con applicazioni nei futuri acceleratori”.

La magia è oggi nei campi elettromagnetici

Il fenomeno alla base della trasmutazione si verifica in assenza di impatti diretti: i nuclei di piombo, lanciati a una velocità prossima a quella della luce (lo 99,999993, per cento per la precisione), passano sfiorandosi senza collidere. In questi eventi, chiamati “ultraperiferici”, i potentissimi campi elettromagnetici generati dalle 82 cariche positive dei protoni nel nucleo di piombo si deformano in impulsi sottili e ultrabrevi di fotoni.
Questi impulsi possono interagire con altri nuclei, eccitandoli a tal punto da provocare l’espulsione di neutroni e protoni: un processo noto come dissociazione elettromagnetica. Se un nucleo perde tre protoni – passando da 82 (piombo) a 79 (oro) – si ha una vera e propria trasmutazione nucleare.
I ricercatori di ALICE sono riusciti a contare questi eventi rarissimi usando rivelatori ad altissima precisione, i cosiddetti Zero Degree Calorimeters (ZDC), capaci di misurare anche minimi scarti di energia generati da una manciata di particelle.

Numeri d’oro: quanto se ne produce davvero?

I risultati sono sorprendenti, seppure modesti in termini pratici: durante il Run 2 del LHC (2015–2018), si stima siano stati prodotti circa 86 miliardi di nuclei di oro, equivalenti a soli 29 picogrammi (0,000000000029 grammi). Un risultato scientificamente rilevante ma che, dal punto di vista materiale, è insignificante: servirebbero trilioni di trilioni di collisioni per ottenere una pepita da oreficeria.
Durante il più recente Run 3, grazie all’aumento della luminosità del collisore, la produzione è quasi raddoppiata. Tuttavia, l’oro ottenuto esiste soltanto per una frazione infinitesimale di secondo prima di disintegrarsi impattando contro i componenti dell’acceleratore.

“Questi esperimenti dimostrano che è tecnicamente possibile realizzare la trasmutazione nucleare, ma anche quanto sia lontano il sogno alchemico di un ritorno economico da essa”,

nota con ironia la fisica Uliana Dmitrieva, coautrice dello studio.

Più che oro: una finestra sul cosmo primordiale

Ma perché dedicare risorse a produrre quantità microscopiche di oro? La risposta va cercata nelle ambizioni della fisica moderna. Le stesse collisioni tra nuclei pesanti generano un fenomeno chiamato plasma di quark e gluoni: uno stato estremo della materia esistente un milionesimo di secondo dopo il Big Bang. Studiare queste condizioni consente di comprendere l’evoluzione dell’universo nei suoi istanti iniziali.
La trasmutazione osservata da ALICE aggiunge un tassello importante: permette di testare con precisione modelli teorici di interazione elettromagnetica e dissipazione di energia, cruciali non solo per la fisica delle particelle, ma anche per garantire la stabilità degli acceleratori stessi.

“Ogni protone che esce dal nucleo è una traccia di informazione: se ne comprendiamo le cause e le dinamiche, possiamo prevedere i limiti delle future macchine come l’High-Luminosity LHC o il progettato Future Circular Collider”,

spiega il fisico teorico John Jowett, veterano della progettazione del LHC.

Alchimia quantistica: nuove prospettive future

La ricerca condotta da ALICE apre anche nuove possibilità per la cosiddetta fisica delle interazioni fotoniche ultra-periferiche, un campo in rapida crescita. Grazie alla capacità di “illuminare” nuclei a distanze relativamente sicure, si possono esplorare strutture interne con un dettaglio finora impensabile.
In futuro, simili tecniche potrebbero contribuire anche allo sviluppo di tecnologie per il trattamento dei rifiuti radioattivi, la produzione di isotopi medici o perfino nuove forme di propulsione spaziale basata su collisioni controllate di ioni pesanti.
Nel frattempo, gli scienziati del CERN a Meyrin, sul confine tra Svizzera e Francia, restano con i piedi ben saldi a terra, pur lavorando su progetti che sfiorano i confini della fantascienza.

“Non abbiamo trovato la pietra filosofale”,

conclude con un sorriso Marco Van Leeuwen, portavoce di ALICE,

“ma la capacità di rilevare trasformazioni così rare ci avvicina a una comprensione più profonda della materia e delle sue potenzialità”.

Nel più avanzato laboratorio scientifico del mondo, la trasmutazione del piombo in oro non serve a diventare ricchi, ma a svelare i segreti dell’universo. Una lezione perfettamente alchemica, forse un paradosso: il vero oro, oggi, è la conoscenza.

L’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN) ripresa in… 4K

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