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XALICE détecte la conversion du plomb en or au Grand collisionneur de hadrons

par le CERN

Détecteur ALICE. Crédit : CERN

Dans un article publié dans Physical Review C, la collaboration ALICE rapporte des mesures quantifiant la transmutation du plomb en or au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.

Transformer le plomb, un métal de base, en or, un métal précieux, était le rêve des alchimistes médiévaux. Cette quête de longue date, connue sous le nom de chrysopée, a peut-être été motivée par l'observation que le plomb, gris terne et relativement abondant, présente une densité similaire à celle de l'or, un métal longtemps convoité pour sa belle couleur et sa rareté. Ce n'est que bien plus tard qu'il est devenu évident que le plomb et l'or sont des éléments chimiques distincts et que les méthodes chimiques sont impuissantes à les transmuter.

Avec l'avènement de la physique nucléaire au XXe siècle, on a découvert que les éléments lourds pouvaient se transformer en d'autres éléments, soit naturellement, par désintégration radioactive, soit en laboratoire, sous un bombardement de neutrons ou de protons. Bien que l'or ait déjà été produit artificiellement de cette manière, la collaboration ALICE a maintenant mesuré la transmutation du plomb en or grâce à un nouveau mécanisme impliquant des collisions quasi-indirectes entre noyaux de plomb au LHC.

Les collisions à très haute énergie entre noyaux de plomb au LHC peuvent créer un plasma de quarks et de gluons, un état de matière chaud et dense qui aurait rempli l'univers environ un millionième de seconde après le Big Bang, donnant naissance à la matière que nous connaissons aujourd'hui. Cependant, lors d'interactions beaucoup plus fréquentes, où les noyaux se frôlent de justesse sans se toucher, les champs électromagnétiques intenses qui les entourent peuvent induire des interactions photon-photon et photon-noyau qui ouvrent de nouvelles perspectives d'exploration.

Le champ électromagnétique émanant d'un noyau de plomb est particulièrement intense car il contient 82 protons, chacun portant une charge élémentaire. De plus, la vitesse très élevée à laquelle se déplacent les noyaux de plomb dans le LHC (correspondant à 99,999993 % de la vitesse de la lumière) provoque l'écrasement des lignes de champ électromagnétique en une fine galette, transversale à la direction du mouvement, produisant une impulsion de photons de courte durée.

Ce phénomène déclenche souvent un processus appelé dissociation électromagnétique, par lequel un photon interagissant avec un noyau peut exciter des oscillations de sa structure interne, entraînant l'éjection d'un petit nombre de neutrons et de protons. Pour créer de l'or (un noyau contenant 79 protons), il faut retirer trois protons d'un noyau de plomb dans les faisceaux du LHC.

L'équipe d'ALICE a utilisé les calorimètres à zéro degré (ZDC) du détecteur pour compter le nombre d'interactions photon-noyau ayant entraîné l'émission de zéro, un, deux et trois protons accompagnés d'au moins un neutron, associés respectivement à la production de plomb, de thallium, de mercure et d'or.

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Bien que moins fréquentes que la création de thallium ou de mercure, les résultats montrent que le LHC produit actuellement de l'or à un rythme maximal d'environ 89 000 noyaux par seconde à partir de collisions plomb-plomb au point de collision d'ALICE. Des noyaux d'or émergent de la collision avec une énergie très élevée et frappent le tube de faisceau ou les collimateurs du LHC en divers points en aval, où ils se fragmentent immédiatement en protons, neutrons et autres particules. L'or n'existe qu'une infime fraction de seconde.

L'analyse d'ALICE montre que, durant la deuxième période d'exploitation du LHC (2015-2018), environ 86 milliards de noyaux d'or ont été créés lors des quatre expériences majeures. En termes de masse, cela correspond à seulement 29 picogrammes (2,9 × 10-11 g). La luminosité du LHC augmentant continuellement grâce aux améliorations régulières des machines, la troisième période d'exploitation a produit près du double de la quantité d'or produite lors de la deuxième période, mais le total reste des milliards de fois inférieur à la quantité nécessaire à la fabrication d'un bijou.

Si le rêve des alchimistes médiévaux s'est techniquement réalisé, leurs espoirs de richesse ont une fois de plus été anéantis.

« Grâce aux capacités uniques des ZDC d'ALICE, cette analyse est la première à détecter et analyser expérimentalement et systématiquement la signature de la production d'or au LHC », explique Uliana Dmitrieva de la collaboration ALICE.

« Ces résultats testent et améliorent également les modèles théoriques de dissociation électromagnétique qui, au-delà de leur intérêt intrinsèque pour la physique, permettent de comprendre et de prédire les pertes de faisceau qui constituent une limite majeure aux performances du LHC et des futurs collisionneurs », ajoute John Jowett, également de la collaboration ALICE.

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RESUME

ALICE détecte la conversion du plomb en or au Grand collisionneur de hadrons

Dans un article publié dans Physical Review C, la collaboration ALICE rapporte des mesures quantifiant la transmutation du plomb en or au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.

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COMMENTAIRES

L'alchimie souhaitait comprendre la manière dont les éléments et les métaux en particulier se comportaient et pouvaient se modifier

Ca  a été  donc pendant des siècles  le rève    et l'espoir des alchimistes  de réussir a transformer le plomb en or !

Et qund la science nucléaire s est développé  on a réfléchi !Un atome de plomb comporte habituellement 82 protons et 126 neutrons. Un atome d'or, lui, trois protons de moins : 79, pour un même nombre de 126 neutrons. En théorie, il « suffit » donc de « retirer » trois protons à un atome de plomb pour le transformer en or !!!

 

C ce que e CERN  vient de réussir avec Alice 

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More information: S. Acharya et al, Proton emission in ultraperipheral Pb-Pb collisions at √sNN=5.02 TeV, Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/PhysRevC.111.054906

Journal information: Physical Review C 

Provided by CERN 

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