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Experimento conduzido no LHC de 27 quilômetros registrou produção momentânea de ouro-205 a partir de chumbo-208 por 10⁻²³ segundos, com seção de choque de 6,8 barns e medições que impactam projetos de aceleradores de 27 TeV e 100 km
Em 30 de julho de 2025, pesquisadores relataram que íons de chumbo colididos no Grande Colisor de Hádrons, com 27 quilômetros sob a fronteira franco-suíça, transformaram-se momentaneamente em ouro-205 por cerca de 10⁻²³ segundos, com seção de choque de 6,8 barns.
O resultado foi obtido no LHC, que colide regularmente íons pesados a velocidades próximas à da luz. A análise indica que uma única deposição de chumbo pode produzir núcleos de ouro com seção de choque comparável à taxa total de colisões hadrônicas.
Isso torna a chamada alquimia moderna muito mais frequente no túnel do que se imaginava. O experimento foi conduzido pela colaboração ALICE, com liderança do professor Daniel Tapia Takaki, da Universidade do Kansas.
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Segundo Tapia Takaki, normalmente as colisões produzem muitos detritos. A equipe desenvolveu um método para detectar interações em que os íons apenas se tocam de raspão, gerando quase nenhum resíduo além de um flash de luz e um núcleo alterado.
Ouro a partir do chumbo em colisões ultraperiféricas
As colisões ultraperiféricas ocorrem quando dois núcleos passam próximos sem contato direto, mas com interação entre campos eletromagnéticos. Em vez de se fragmentarem, os íons trocam fótons de alta energia.
Pelo método de Weizsäcker Williams, fótons de um núcleo podem sondar ou transformar o outro. A saraivada pode remover um, dois ou três prótons do núcleo original.
Quando três prótons são eliminados, o chumbo-208 transforma-se brevemente em ouro-205. O núcleo permanece nesse estado por cerca de 10⁻²³ segundos, tempo suficiente para deixar sinal nos calorímetros frontais.
Testes anteriores do ALICE sugeriam a existência desses eventos. O detector, porém, era otimizado para colisões frontais. A equipe reajustou leituras, adicionou vetos e refinou um ajuste de dois estágios para isolar picos de nêutrons e prótons.
Seções de choque, canais de prótons e discrepâncias teóricas
A análise registrou seção transversal de produção de ouro de 6,8 barns. Esse valor ficou 12% abaixo da taxa inelástica total de 7,67 barns para interações chumbo-chumbo na mesma energia.
Isso implica que, a cada colisão hadrônica de íons no LHC, ocorre aproximadamente outro evento próximo no qual um íon de chumbo transforma-se silenciosamente em ouro antes de se desintegrar.
O conjunto de dados fixou o canal de próton 0 em 157,5 barns, o canal de próton 1 em 40,4 barns e o canal de próton 2 em 16,8 barns. Os resultados corresponderam ou excederam previsões do modelo fotonuclear RELDIS dentro de 25%.
As discrepâncias indicam limitações na descrição de emissão pré-equilíbrio e coalescência de nucleons em canais individuais. As interações fóton-fóton e fóton-núcleo ocorrem sem dispersão hadrônica significativa, criando ambiente limpo para estudo estrutural.
Detecção a 112,5 metros e seleção de 2,05 milhões de gatilhos
A colaboração ALICE utiliza calorímetros de zero grau posicionados a 112,5 metros a jusante do ponto de interação. Eles registram fragmentos neutros e carregados resultantes das interações.
A equipe selecionou eventos com energia de próton dentro de dois desvios padrão da energia do feixe e ao menos um nêutron detectado no calorímetro vizinho.
Foram isolados dois milhões de eventos a partir de 2,05 milhões de gatilhos. Correções consideraram aceitação, eficiência e a probabilidade de colisões hadrônicas periféricas imitarem eventos eletromagnéticos.
Simulações de Monte Carlo com RELDIS e AAMCC-MST indicaram que impostores hadrônicos contribuíram com menos de um por cento para a amostra de prótons individuais.
O ajuste revelou picos amplos de 1 e 2 prótons, cerca de duas vezes mais largos que os picos de nêutrons. Prótons relativísticos podem perder energia nas bordas do calorímetro ou ao interagir com material da linha de feixe.
Um modelo gaussiano modificado com escalonamento de largura por correção de espalhamento foi adotado por outros grupos de íons pesados. O metódo passou a integrar análises subsequentes.
Implicações para feixes secundários e futuras máquinas de 27 TeV e 100 km
A remoção de três prótons gera ouro, enquanto a remoção de um próton transforma o íon em tálio, que se deforma de modo distinto nos ímãs do LHC.
Feixes secundários não controlados podem atingir componentes frios, desligar ímãs supercondutores ou acionar sistemas de segurança. Esses fatores podem limitar desempenho de atualizações de 27 TeV e do proposto Colisor Circular Futuro de 100 km.
Ao medir canais de 0 a 3 prótons, a equipe fornece dados para mapas de perda usados na projeção de colimadores e blindagem. As informações também alimentam simulações para o Colisor de Íons e Elétrons dos EUA.
Nesse contexto, a transformação de chumbo em ouro deixa de ser curiosidade e passa a integrar cálculos operacionais e de segurança de instalações bilionárias.
Próximos passos e publicação na Physical Review C
A equipe pretende estender a análise para emissões de quatro e cinco prótons quando dados da Run 3 estiverem disponíveis. Isso ampliará a sensibilidade para núcleos próximos ao háfnio e ao tântalo.
Pesquisadores trabalham com teóricos para refinar modelos fotonucleares e ajustar proporções de nêutrons e prótons às observações experimentais.
Um gatilho específico para colisões ultraperiféricas está em desenvolvimento. Ele combina lógica do calorímetro com filtros de aprendizado de máquina em tempo real.
O objetivo é capturar eventos raros sem sobrecarregar o sistema de aquisição de dados. Caso funcione, a alquimia moderna poderá ser observada quase em tempo real.
O estudo foi publicado na revista Physical Review C.
Muito relevante e elucidativo
Pergunta é: o custo é viável? 🤔
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O mesmo tempo que meu salário dura na conta…