Piombo trasformato in oro. Così il Cern ha realizzato l’antico sogno degli alchimisti

Solo su un punto gli alchimisti avevano torto. Trasformare il piombo in oro non regala la ricchezza. Oggi però sappiamo che la loro idea non era un’utopia. La trasformazione è avvenuta nell’acceleratore di particelle del Cern di Ginevra. Qui ogni secondo 89 mila nuclei di piombo sono diventati oro, nel corso di diversi cicli attività dell’acceleratore Lhc a partire dal 2015.

Potrebbe sembrare una quantità ingente. Si tratta invece di 86 miliardi di nuclei: in tutto 29 trilionesimi di grammo. Se ogni ricchezza è poi effimera, i nuclei di oro generati a Ginevra lo sono stati ancor di più. Si sono dissolti in altre particelle o scontrati contro le barriere dell’acceleratore nel giro di un microsecondo dalla loro creazione.

Luce dorata

In linea di principio, l’idea del passaggio da un metallo vile a uno nobile è stata comunque dimostrata. “L’antico sogno della trasmutazione chimica in oro degli alchimisti è stato realizzato dalla scienza. Per la prima volta si è trasmutato il piombo in oro sfruttando la luce, ovvero i fotoni” ha detto Chiara Oppedisano, ricercatrice della sezione di Torino dell’Infn, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare che con i suoi scienziati partecipa alle attività del Cern. Altri acceleratori, prima di Lhc, ci erano riusciti usando metodi differenti.

Lhc, con i suoi 27 chilometri di diametro, è l’acceleratore di particelle più grande del mondo. Normalmente porta i protoni a viaggiare a velocità prossime a quelle della luce. Suddivisi in due fasci che hanno direzioni opposte, i protoni si scontrano, permettendo agli scienziati di analizzarne i frammenti alla ricerca di nuove particelle. Così nel 2012 è stato scoperto il bosone di Higgs.

Per alcune settimane all’anno al posto dei protoni l’anello di Lhc usa nuclei di piombo. Le loro collisioni vengono analizzate in particolare dal rivelatore Alice, che ha appena pubblicato l’osservazione della formazione di oro sulla rivista scientifica Physical Review C.

La ricetta della trasformazione

Le conoscenze medievali non potevano bastare agli alchimisti per immaginare la ricetta giusta della trasformazione. L’intuizione che piombo e oro fossero metalli imparentati non era però così lontana dalla realtà. I due elementi sono prossimi nella tavola periodica: l’oro con il numero atomico 79 e il piombo con l’82.

Quando Lhc accelera i nuclei di piombo al 99.999993% della velocità della luce, il loro comportamento diventa molto particolare. Attorno a loro si sviluppa, come un alone, un campo elettromagnetico molto intenso, dal quale iniziano a irraggiarsi dei fotoni: cioè luce.

All’interno del tubo vuoto di Lhc, viaggiando quasi alla velocità della luce in due fasci in rotta di collisione l’uno con l’altro, i nuclei di piombo possono subire due sorti. O scontrarsi, per la gioia degli scienziati. O sfiorarsi, ed è qui che l’antico sogno degli alchimisti ha la possibilità di diventare realtà.

I fotoni sparati attorno a sé da ciascun nucleo di piombo vengono assorbiti dal nucleo vicino, che per reazione inizia a emettere uno, due o tre protoni. La perdita di protoni fa cambiare natura al piombo. Perdendo un protone diventa tallio, perdendone due mercurio e perdendone tre (l’eventualità più rara) oro.

Realizzare la trasformazione – chiamata crisopea – richiede assai più che fuoco, mantici, crogioli e conoscenze chimiche di base. Ci sono volute le scoperte di fisica delle particelle e di relatività, oltre a Lhc, lo strumento più complesso realizzato dalla fisica e ben diverso da una pietra filosofale. Ma la creazione dell’oro non era un mito irrealizzabile. Lo stesso in futuro potrebbe avvenire per i sogni che oggi ci appaiono irraggiungibili.