Terremoto en la ciencia europea: investigadores del CERN transforman plomo en oro (pero solo durante 10⁻²³ segundos)

La experimentación con oro vuelve a ocupar titulares científicos, aunque lejos de cualquier promesa de riqueza o transformación química clásica. En este caso, investigadores del CERN lograron transformar plomo en oro a escala nuclear y en un entorno controlado, donde los núcleos atómicos se comportan de forma distinta a la intuición cotidiana.

El contexto es el de la física de altas energías, un ámbito en el que colisiones y casi colisiones permiten estudiar interacciones fundamentales. La conversión de plomo en oro observada se enmarca en ese escenario y abre nuevas preguntas sobre procesos electromagnéticos extremos y sus consecuencias técnicas.

De la alquimia a la física de partículas: así es la nueva forma de transformar plomo en oro

La transformación de un elemento químico en otro fue durante siglos una aspiración asociada a la alquimia medieval, conocida como chrysopoeia. La similitud de densidad entre el plomo y el oro alimentó esa idea, hasta que la química moderna estableció que ambos son elementos distintos e inmutables por métodos químicos.

Ese límite empezó a romperse con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX, cuando se descubrió que los núcleos atómicos podían cambiar mediante desintegración radiactiva o bombardeo de partículas.

En ese marco se sitúa el trabajo llevado a cabo en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), donde la conversión de plomo en oro se ha medido mediante un mecanismo distinto a los utilizados hasta ahora.

Tras este primer hito experimental, los resultados se publicaron en la revista Physical Review Journals. Allí se detallan cómo colisiones casi imperceptibles pueden desencadenar este proceso.

Colisiones ultraperiféricas y campos electromagnéticos extremos

El experimento se desarrolla en el Large Hadron Collider, un anillo subterráneo donde se aceleran núcleos de plomo hasta alcanzar el 99,999993% de la velocidad de la luz. En las colisiones frontales se recrea el plasma de quarks y gluones, pero el fenómeno clave ocurre en interacciones más frecuentes: las colisiones ultraperiféricas.

En estos encuentros, los núcleos no llegan a tocarse. Sin embargo, los intensos campos electromagnéticos que los rodean interactúan brevemente.

Dado que el plomo posee 82 protones, su campo eléctrico es especialmente intenso. Al viajar a velocidades relativistas, ese campo se comprime en forma de pulso de fotones de muy corta duración.

Ese pulso puede provocar la expulsión de protones del núcleo de plomo. Cuando se pierden tres protones, el núcleo resultante pasa de tener 82 a 79, la firma característica del oro. Así se produce la conversión de plomo en oro, aunque solo durante aproximadamente 10⁻²³ segundos.

Detectores, mediciones y oro efímero

La observación directa de este proceso ha sido posible gracias al experimento ALICE, diseñado para estudiar materia en condiciones extremas. En este caso, se utilizaron los calorímetros de grado cero, situados a más de 100 metros del punto de interacción, capaces de detectar neutrones y protones expulsados tras la interacción electromagnética.

El equipo midió eventos en los que se expulsaban cero, uno, dos o tres protones, asociados respectivamente a la producción de plomo, talio, mercurio y oro. Aunque la producción de oro es menos frecuente, los datos indican una tasa máxima de unas 89.000 unidades por segundo en el punto de colisión analizado.

Durante el segundo periodo operativo del acelerador (2015-2018), se generaron en total unos 86.000 millones de núcleos de oro en los grandes experimentos.

En términos de masa, esa cantidad equivale a apenas 29 picogramos, una cifra irrelevante fuera del contexto experimental.

Además, esos núcleos se fragmentan de inmediato al impactar contra componentes del acelerador, lo que subraya el carácter estrictamente efímero de la transformación de plomo en oro observada.

Impacto científico y técnico de transformar plomo en oro

Más allá del simbolismo histórico, el interés principal del resultado reside en sus implicaciones prácticas. Cuando un ion de plomo pierde protones, cambia su trayectoria dentro del campo magnético del acelerador. Estos fragmentos pueden impactar en colimadores o tuberías del haz, generando pérdidas que limitan el rendimiento de la instalación.

Medir con precisión todos los canales de emisión de protones permite mejorar los modelos que predicen estas pérdidas y optimizar el diseño de futuras mejoras. En ese sentido, el estudio de la transformación de plomo en oro contribuye a aumentar la seguridad y eficiencia de infraestructuras científicas de gran escala.

Por último, los datos sirven para ajustar modelos teóricos de disociación electromagnética y para explorar procesos relacionados, como interacciones fotón-fotón o la estructura interna de los núcleos pesados.