Des scientifiques du CERN ont réussi à transformer du plomb en or, bien que temporairement. Cette expérience réalisée grâce au Grand Collider a non seulement illustré les possibilités de la physique moderne, mais a également ouvert de nouvelles perspectives sur les interactions particulaires à des niveaux extrêmes.
Nous savons qu’il est difficile, sur Terre, de produire de l’or de manière pratique ou en grandes quantités — du moins avec la technologie actuelle. Cet article explique comment ce métal précieux a été introduit sur notre planète. Cependant, des physiciens du CERN ont réussi à « transformer du plomb en or » — mais seulement pour un bref instant.
Cette réalisation impressionnante implique des collisions de particules à grande vitesse et un processus de transformation rare.
Une expérience fascinante au CERN
Au cours d’une expérience remarquable réalisée au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), des physiciens ont réussi à transformer du plomb en or — bien que seulement pour un court instant.
Ce résultat, une forme moderne d’alchimie, est survenu lorsque des ions de plomb à haute énergie ont interagi, produisant des noyaux d’or qui n’ont existé que brièvement.
Bien que ce processus soit loin de l’idée ancienne de transformer du plomb en or pur, ce résultat revêt une grande valeur scientifique, offrant de nouvelles perspectives sur les interactions entre particules dans des conditions extrêmes.
La collaboration ALICE a désormais quantifié la production d’or, non pas à partir de noyaux de plomb se heurtant, mais décorrelée, à des vitesses de 99,999993% de la lumière au Grand Collisionneur de Hadrons.
Une nouvelle vision de l’alchimie
L’idée de convertir du plomb en or a été un rêve ancien des alchimistes. Bien que cette quête n’ait jamais abouti par des moyens chimiques, les physiciens contemporains ont trouvé un moyen d’y parvenir à l’aide de technologies avancées de physique des particules.
Le Grand Collisionneur de Hadrons, situé près de Genève, en Suisse, fait entrer en collision des ions de plomb presque à la vitesse de la lumière. Parfois, au lieu de se heurter directement, les ions s’approchent suffisamment les uns des autres pour créer une impulsion électromagnétique.
Cette impulsion provoque une réaction au sein de l’un des noyaux de plomb, le faisant expulser des protons et se transformer en or.
Ce processus est extrêmement rare, nécessitant une énergie très élevée et des conditions spécifiques. La collaboration ALICE (A Large Ion Collider Experiment), au CERN, a été responsable de la détection et de la quantification de ces événements.
Les résultats, publiés le 7 mai dans la revue Physical Test C, ont révélé que, entre 2015 et 2018, ces interactions rares ont produit 86 milliards de noyaux d’or. Bien que cette quantité soit insignifiante — seulement 29 billionièmes de gramme — l’expérience a donné un aperçu fascinant du monde de la physique nucléaire.
La science derrière la transformation
Pour comprendre comment cette transformation se produit, il est essentiel de saisir la physique impliquée. Le plomb, avec ses 82 protons, a été soumis à des conditions extrêmes où les noyaux étaient accélérés presque à la vitesse de la lumière.
À mesure que les ions se rapprochaient dans le LHC, leurs champs électromagnétiques créaient des impulsions d’énergie. Ces impulsions interagissaient avec les noyaux de plomb, les amenant à perdre trois protons — suffisamment pour les transformer en atomes d’or, qui en comptent 79.
Bien que l’or ne soit pas le seul élément produit lors de ces interactions, il était l’un des plus remarquables. Le processus a également généré d’autres éléments tels que le thallium et le mercure, en quantités bien plus importantes.
L’équipe du CERN a utilisé le détecteur ALICE pour compter les protons et neutrons éjectés des noyaux de plomb lors des collisions, permettant de suivre la production de ces éléments.
La nature éphémère de l’or
Malgré la création d’or, la quantité produite était extrêmement petite. La masse totale d’or générée était d’environ 29 picogrammes — soit 29 billionièmes de gramme — une quantité invisible à l’œil nu.
Les atomes d’or créés dans le LHC étaient hautement instables et n’ont duré qu’environ un microséconde avant de se désintégrer. Ils ont rapidement interagi avec les parois du collisionneur ou se sont décomposés en d’autres types de particules, rendant l’existence de l’or extrêmement fugace.
Bien qu’en quantités infinitésimales, les implications pour la physique des particules sont considérables. L’expérience a permis aux scientifiques d’étudier des processus électromagnétiques rares, fournissant de nouveaux aperçus sur les interactions des particules dans des conditions extrêmes.
D’après la physicienne Uliana Dmitrieva, “Grâce aux capacités uniques des détecteurs ALICE, il s’agit de la première analyse à détecter et à analyser systématiquement la signature de la production d’or dans le LHC de manière expérimentale.”
Capturer de tels événements rares a été un succès marquant pour l’équipe.
IMAGERIE
Une nouvelle manière d’examiner les transmutations nucléaires
Bien que la production d’or au LHC ne soit pas une méthode pratique pour obtenir ce métal précieux, elle démontre le potentiel des accélérateurs de particules modernes.
Les découvertes éclairent un processus connu sous le nom de “transmutation nucléaire”, qui consiste en la transformation d’un élément en un autre.
Ce phénomène est non seulement fascinant d’un point de vue scientifique, mais aussi essentiel pour approfondir notre compréhension des collisions de particules et des réactions nucléaires.
Le physicien Marco van Leeuwen, porte-parole de la collaboration ALICE, a exprimé son enthousiasme pour le travail, en déclarant :
Il est impressionnant de voir que nos détecteurs sont capables de gérer des collisions frontales produisant des milliers de particules, tout en étant sensibles à des collisions générant seulement quelques particules, permettant ainsi l’étude de processus rares de ‘transmutation nucléaire’ électromagnétique.
La capacité de capturer ces moments très rares a ouvert de nouvelles avenues pour la recherche et pourrait affiner l’utilisation des accélérateurs de particules à l’avenir.