Les alchimistes médiévaux rêvaient de transmuter le plomb à l'or. Aujourd'hui, nous savons que le plomb et l'or sont des éléments différents, et aucune quantité de chimie ne peut en faire de l'autre.
Mais nos connaissances modernes nous indiquent la différence fondamentale entre un atome de plomb et un atome d'or: l'atome de plomb contient exactement trois protons supplémentaires. Alors, pouvons-nous créer un atome d'or en retirant simplement trois protons d'un atome de plomb?
Il s'avère que nous le pouvons. Mais ce n'est pas facile.
Tout en brisant les atomes de tête les uns dans les autres à des vitesses extrêmement élevées dans le but d'imiter l'état de l'univers juste après le Big Bang, les physiciens travaillant sur l'expérience Alice du grand collider de hadron en Suisse ont d'ailleurs provoqué de petites quantités d'or. Des quantités extrêmement petites, en fait: un total de 29 milliards de dollars de gramme.
Comment voler un proton
Les protons se trouvent dans le noyau d'un atome. Comment peuvent-ils être retirés?
Eh bien, les protons ont une charge électrique, ce qui signifie qu'un champ électrique peut les tirer ou les pousser. Placer un noyau atomique dans un champ électrique pourrait le faire.
Cependant, les noyaux sont maintenus ensemble par une force très forte avec une gamme très courte, connu imaginative sous le nom de forte force nucléaire. Cela signifie qu'un champ électrique extrêmement puissant est nécessaire pour retirer des protons – environ un million de fois plus forts que les champs électriques qui créent des éclairs dans l'atmosphère.
La façon dont les scientifiques ont créé ce champ était de tirer des poutres de noyaux de plomb les unes aux autres à des vitesses incroyablement élevées – presque la vitesse de la lumière.
La magie d'un quasi-manque
Lorsque les noyaux de plomb ont une collision frontale, la forte force nucléaire entre en jeu et finit par être complètement détruite. Mais plus souvent, les noyaux ont une quasi-échec et ne se affectent que via la force électromagnétique.
La force d'un champ électrique tombe très rapidement lorsque vous vous éloignez d'un objet avec une charge électrique (comme un proton). Mais à des distances très courtes, même une petite charge peut créer un champ très fort.
Ainsi, quand un noyau de plomb fait passer devant un autre, le champ électrique entre eux est énorme. Le champ changeant rapidement entre les noyaux les fait vibrer et cracher parfois certains protons. Si l'un d'eux crache exactement trois protons, le noyau de plomb s'est transformé en or.
Compter les protons
Donc, si vous avez transformé un atome de plomb en or, comment le savez-vous? Dans l'expérience Alice, ils utilisent des détecteurs spéciaux appelés calorimètres à degrés zéro pour compter les protons dépouillés des noyaux de plomb.
Ils ne peuvent pas observer les noyaux d'or eux-mêmes, ils ne les connaissent donc que indirectement.
Les scientifiques d'Alice calculent que, bien qu'ils entrent en collision des faisceaux de noyaux de plomb, ils produisent environ 89 000 noyaux d'or par seconde. Ils ont également observé la production d'autres éléments: le thallium, ce que vous obtenez lorsque vous prenez un proton de plomb, ainsi que Mercury (deux protons).
Une nuisance alchimique
Une fois qu'un noyau de plomb s'est transformé en perdant des protons, il n'est plus dans l'orbite parfaite qui la maintient en circulation à l'intérieur du tuyau du faisceau d'aspirateur du grand collisionneur de hadrons. En microsecondes, il entrera en collision avec les murs.
Cet effet rend le faisceau moins intense au fil du temps. Ainsi, pour les scientifiques, la production d'or au collision est en fait plus une nuisance qu'une bénédiction.
Cependant, la compréhension de cette alchimie accidentelle est essentielle pour donner un sens aux expériences et pour concevoir les expériences encore plus grandes du futur.
