Detectada pela primeira vez a conversão de chumbo em ouro no LHC

• A colaboração ALICE quantificou, no LHC do CERN, o processo em que chumbo é convertido em ouro por meio de colisões de núcleos de chumbo em alta energia
• O experimento mostrou que, em colisões de passagem próxima, prótons são emitidos do núcleo de chumbo por causa de um forte campo eletromagnético, dando origem a uma quantidade minúscula de núcleos de ouro
• Usando os detectores ZDC, a equipe fez uma análise sistemática da produção de chumbo, tálio, mercúrio e ouro
• Os núcleos de ouro gerados existem por um tempo muito curto, e sua quantidade é extremamente pequena, insuficiente para qualquer aplicação real em joalheria
• O estudo fornece novos dados que podem testar a teoria da dissociação eletromagnética e contribuir para melhorias no desempenho de futuros aceleradores

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Significado do experimento de conversão de chumbo em ouro com o ALICE no LHC

• A colaboração ALICE detectou e mediu de forma sistemática, pela primeira vez, a conversão de chumbo em uma quantidade ínfima de ouro em experimentos de colisões de passagem próxima entre núcleos de chumbo de alta energia no LHC do CERN
• O estudo mostrou que o antigo sonho dos alquimistas medievais é fisicamente possível no contexto da física nuclear e mediu um novo mecanismo de transmutação

O antigo sonho da alquimia e o avanço da física nuclear

• Tradicionalmente, transformar chumbo em ouro, um metal precioso, era o objetivo da alquimia, mas na prática os dois elementos têm propriedades químicas completamente diferentes
• No século 20, descobriu-se que era possível interconverter elementos pesados por meio de reações nucleares
• Já houve registros anteriores de produção artificial de ouro, mas desta vez a transmutação foi medida quantitativamente por meio de um novo mecanismo que ocorre em colisões de passagem próxima entre núcleos de chumbo

Colisões de chumbo no LHC e criação de novas partículas

• Em colisões frontais de alta energia entre núcleos de chumbo no LHC, forma-se um plasma de quarks e glúons
• Porém, nas colisões de passagem próxima, que são mais frequentes, um forte campo eletromagnético pode surgir mesmo sem que os núcleos realmente se choquem
• Nesse processo ocorre dissociação eletromagnética e, por meio da interação fóton-núcleo, a estrutura interna oscila e emite alguns nêutrons e prótons
• Para gerar ouro, é necessário remover três prótons do núcleo de chumbo

Detector ALICE e medição da produção de ouro

• No experimento ALICE, foram usados detectores ZDC (Zero Degree Calorimeter) para distinguir as espécies nucleares geradas por interações fóton-núcleo
• Dessa forma, a produção de núcleos de chumbo, tálio, mercúrio e ouro foi analisada em detalhe
• Como resultado, mediu-se que cerca de 89.000 núcleos de ouro são gerados por segundo no ponto de colisão ALICE do LHC
• Os núcleos de ouro produzidos colidem com a estrutura do LHC em energia muito alta e se despedaçam imediatamente, de modo que seu tempo de existência é extremamente curto

Quantidade de ouro produzida no experimento do LHC e seu significado

• Durante o período do LHC Run 2 (2015–2018), estima-se que tenham sido produzidos cerca de 86 bilhões de núcleos de ouro
• Em massa, isso corresponde a apenas 29 picogramas (2.9 ×10^-11 g), o que impossibilita qualquer uso como metal precioso real
• No Run 3 mais recente, a quantidade de ouro produzida aproximadamente dobrou, mas ainda continua muito abaixo do necessário para sequer fazer uma peça de joalheria
• Assim, o sonho da alquimia medieval foi tecnicamente realizado, mas continua muito distante de se traduzir em riqueza real

Significado dos resultados do ALICE e aplicações futuras

• Graças ao ZDC do ALICE, esta análise foi o primeiro caso de detecção e medição sistemática e experimental de um sinal de produção de ouro no LHC
• Os resultados contribuem para refinar a teoria da dissociação eletromagnética, importante também em aspectos práticos como a previsão de perda de feixe no LHC e em futuros aceleradores

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Comentários no Hacker News

• Descobriu-se que, durante o Run 2 do LHC (2015–2018), cerca de 86 bilhões de núcleos atômicos de ouro foram produzidos nos quatro principais experimentos, o que corresponde a aproximadamente 29 picogramas (2,9 ×10^-11 g) em massa; seria preciso multiplicar isso por trilhões para fazer 1 onça, mas agora a antiga ambição dos alquimistas de transformar chumbo em ouro acontece incidentalmente em um acelerador de partículas
  • Fiz as contas e, para o LHC atingir o ponto de equilíbrio, o preço do ouro teria que chegar a 48 quatrilhões de dólares por onça
  • Essa escala é realmente impressionante: 86 bilhões de núcleos atômicos equivalem a apenas 29 picogramas; 1 grama tem 10^12 picogramas, e 1 grama de ouro contém 100 quintilhões de núcleos atômicos de ouro
  • No fim das contas, parece que finalmente colocaram as mãos na verdadeira pedra filosofal
  • Como esse não era o objetivo principal, foi só isso; se o foco principal fosse produzir ouro, imagino que daria para fabricar quantidades muito maiores
  • Acho que preciso ligar logo para a nVidia, essa empresa já integra accelerator em GPUs e escala melhor do que a lei de Moore
  • Espera, esqueci que esses núcleos só existiram por microssegundos; na prática isso não escala, é só um truque
  • Fico curioso se já tentaram transformar chumbo em ouro por outros métodos
  • Eu achava que o ouro produzido por esse tipo de bombardeio seria radioativo
  • Fico imaginando se já fizeram essa transformação em armas nucleares
  • Não sei se isso é realmente notícia nova, parece algo de que ouço falar há muito tempo
  • Dá até pena que não tenham chamado de ALCHEMY em vez de ALICE
  • Rentabilidade é questão de tempo, no fim; a Uber também ficou anos sem lucro, é só atingir economia de escala e esperar, a alquimia vai continuar, a transmutação dos elementos está só começando
  • Fico imaginando o que Newton pensaria se estivesse vivo agora
• O ouro produzido desta vez é o isótopo ouro-203, que é radioativo e decai em apenas 1 minuto para mercúrio-203 (também radioativo); o ouro que conhecemos é o ouro-197; a conversão de chumbo em ouro-197 já havia sido realizada em 1980; em todos os casos, a quantidade obtida é tão pequena que não tem absolutamente nenhum valor como metal precioso
• Eu trabalhei em um artigo sobre o RHIC no Brookhaven National Lab, que foi o antecessor do programa de íons pesados do LHC; na época, fazíamos experimentos de colisão com ouro no RHIC, e um avaliador perguntou se não daria para economizar no orçamento trocando por chumbo, que é um elemento barato; ninguém da equipe conseguiu responder; pelo que lembro, em toda a vida do programa foi usado menos de 1 miligrama de ouro
  • Se tivessem trocado por chumbo naquela época, talvez tivessem produzido alguns miligramas extras de ouro
• Por diversão, calculei quanto tempo o LHC e o Alice levariam para financiar o FCC (15B CHF, a preços de mercado do ouro) por meio da produção de ouro; assumindo condições perfeitas, seriam necessários nada menos que 185 bilhões de anos; este universo tem só cerca de 14 bilhões de anos (ignorando a tensão de Hubble aqui)
  • Como o custo para produzir ouro é maior do que o valor do ouro obtido, na prática o prazo é infinito
  • Então não precisa se preocupar com o LHC diluindo a oferta de ouro; mineração de asteroides seria uma variável bem mais relevante
  • Isso considerando apenas tentar produzir ouro exatamente da mesma forma que hoje; fico curioso sobre o que aconteceria se o processo melhorasse, ou se adicionássemos uma taxa de crescimento
• Sempre fico com esse pensamento quando ouço discussões sobre progresso tecnológico: também diziam no começo do século XX que a tecnologia tinha chegado ao auge, e hoje em dia ainda se ouve isso às vezes; mas agora a sensação é que os limites que enfrentamos não são de conhecimento, e sim de recursos e engenharia; de fato já conseguimos a transmutação alquímica em ouro, mas não temos capacidade de produzir quantidades práticas; o problema não é não saber como fazer, e sim a produtividade ser baixa demais; materiais, química e física ainda podem nos dar mais conhecimento prático, mas não acho que o ritmo do progresso tecnológico vá continuar tão rápido quanto hoje; na prática, vejo mais áreas com aplicação tecnológica imediata em bioquímica e biologia, e mal começamos nelas; mesmo sem descobrir viagem mais rápida que a luz, se conseguirmos alterar nossos corpos para se preservar por centenas ou milhares de anos, isso deixa de ser uma limitação que precise ser superada; acho manipular biologia à vontade muito mais perigoso do que proliferação nuclear, mas sou leigo, é só impressão pessoal
  • Ainda acho que ciência dos materiais e química estão só começando; na verdade, ainda lidamos basicamente com as propriedades de materiais simples em escala macroscópica; há um espaço infinito de novos projetos, como metamateriais e máquinas moleculares
  • A ciência dos materiais, apesar de ter estrutura teórica suficiente e poder computacional, ainda tem enorme dificuldade de previsão prática na nano à microescala; avançamos principalmente por métodos empíricos e experimentação; se isso se tornar matematicamente solucionável, haverá inovação no nível da indústria e da TI; essa capacidade de cálculo também é essencial para a revolução da biologia; como vêm surgindo avanços recentes nessa direção, estou bastante animado
  • Dizer que já chegamos ao limite de recursos e engenharia parece cedo demais quando ainda há uma singularidade potencial logo adiante e nem sequer conseguimos construir uma esfera de Dyson; ainda não é hora de reclamar
  • A questão é até onde conseguimos transformar conhecimento e tecnologia em aplicações práticas; eu também sinto barreiras por causa da crise da democracia, dos limites da capacidade de processamento dos computadores e da autocanibalização das plataformas, mas, sinceramente, se não fossem pandemia, guerra e desordem social, esta época provavelmente seria lembrada como uma era de inovação científica; só CRISPR e IA já bastariam para marcar uma época; no geral, ainda não me parece que chegamos ao ponto de afirmar que houve uma desaceleração brusca nas áreas práticas, então sou um pouco mais otimista
• Fico me perguntando se a verdadeira finalidade do LHC era a obsessão dos físicos em transformar metais comuns em ouro; dizem que Newton também passou 30 anos da vida com alquimia
  • Se a preocupação é corte de orçamento, transformar chumbo em ouro é uma boa solução
  • Isso foi só algo divertido; já era possível antes, mas era caro demais para ter utilidade prática
  • Há também um texto divertido sobre alquimia e o Nobel
  • Talvez os Anunnaki estejam fazendo uma tentativa desesperada para um projeto em larga escala de extração atmosférica de ouro
  • Acho que a Ars Magna ainda está viva; se os alquimistas conseguissem superar o fato de que suas teorias religioso-filosóficas da natureza precisariam de revisão fundamental, provavelmente achariam a era da química moderna fascinante
• Pergunta aleatória: historicamente, por que chumbo e ouro ficaram tão ligados, e por que os alquimistas focavam tanto em transformar chumbo em ouro? Por que não ferro ou quartzo, por exemplo? Será que era porque ambos são pesados e macios?
  • A teoria principal da época era que os metais se transformavam naturalmente e de forma gradual em metais mais nobres no subsolo, e o estágio final seria o ouro; tentar converter chumbo em ouro não era pensamento mágico, mas uma tentativa racional de reproduzir a natureza em laboratório
  • Acho que é porque chumbo era muito usado em falsificação de moedas; havia muitas moedas de chumbo banhadas a ouro, e aquela cena em filmes medievais de morder moeda de ouro vem justamente daí; transformar chumbo em ouro de verdade era o objetivo final
  • O próprio artigo menciona o motivo: o chumbo é pesado de forma parecida com o ouro, além da beleza e raridade do ouro
  • Na prática, já venderam chumbo banhado a ouro como fraude, mas a diferença no ponto de fusão do ouro tornava impossível uma falsificação perfeita; a alquimia não era uma tentativa em nível atômico, e sim de mudar propriedades como cor, ponto de fusão etc.
  • Imagino que parecessem mais aparentados por terem peso mais parecido do que o ferro; também houve tentativas de transformar prata em ouro; talvez parecesse mais fácil por exigir uma mudança menor
  • Um amigo que curtia alquimia dizia que a diferença é de apenas três prótons, mas fica a dúvida se os antigos alquimistas sabiam algo sobre estrutura nuclear
  • Os alquimistas escondiam suas receitas, então chumbo, ouro, mercúrio etc. eram também gírias para substâncias reais; Jabir ibn Hayyan (Geber) também registrava tudo em código próprio; o verdadeiro método continua envolto em mistério
  • O iodeto de chumbo tem aparência quase idêntica à do ouro, então talvez isso também tenha relação
  • Talvez fosse algo como “se eu conseguir deixar isso mais brilhante, fico rico”; como existia uma economia baseada em ouro, talvez eles não tenham pensado até o fim que, se a conversão desse certo, a escassez do ouro sumiria e o preço cairia
  • A alquimia também tinha forte significado religioso e transcendente, com a crença de que os nomes e propriedades das coisas naturais tinham sentido simbólico; a transmutação dos metais simbolizava a transformação da alma (chumbo = corrupção, ouro = divindade); acreditava-se que a pedra filosofal transformaria tanto a alma quanto a matéria; e também era um bom jeito de enganar patronos aristocráticos de difícil acesso; há um post interessante no Reddit sobre isso
• No fim, conseguiram transformar chumbo em ouro, mas, na prática, algo mais eficiente e lucrativo acaba sendo fabricar um monte de placas de vídeo, rodar criptomoedas e despejar água para produzir moeda digital; a realidade termina parecendo o resultado de inúmeras estruturas de pirâmide
• Então, no fim, o que os alquimistas precisavam era de um gigantesco acelerador de partículas; eles estavam muito à frente do próprio tempo
  • Implica que a pedra filosofal precisava estar enterrada no solo em forma de “anel”
  • Numa piada de “só precisamos de um círculo de transmutação um pouco maior”, a ideia seria desenhar um círculo sobre a cidade inteira e seguir até conseguir transformar matéria orgânica em ouro
• Muita gente está fazendo contas econômicas aqui, mas o ouro realmente produzido é um isótopo instável com meia-vida de segundos; esse tipo de experimento já aconteceu várias vezes; antes mesmo de discutir economia, primeiro seria preciso descobrir como produzir o único isótopo estável entre cerca de 40 existentes