Les alchimistes du Moyen Âge ont cherché pendant des siècles à transformer le plomb en or. Cette quête, appelée chrysopée, vient enfin de trouver une réponse scientifique grâce aux travaux de la collaboration ALICE au CERN. Les physiciens ont réussi à convertir des noyaux de plomb en noyaux d’or en utilisant le Grand collisionneur de hadrons (LHC), l’accélérateur de particules le plus puissant au monde.
Un processus de transmutation ultra-rapide
Le processus repose sur des quasi-collisions entre noyaux de plomb circulant à une vitesse vertigineuse de 99,999993 % de celle de la lumière. Contrairement aux collisions frontales qui créent le plasma de quarks-gluons reproduisant les conditions de l’univers primordial, ces interactions indirectes génèrent des champs électromagnétiques d’une intensité exceptionnelle.
« C’est impressionnant de voir que nos détecteurs sont capables de traiter des collisions frontales produisant des milliers de particules, tout en restant sensibles aux collisions dans lesquelles seules quelques particules sont produites », souligne Marco Van Leeuwen, porte-parole du projet ALICE.
Le mécanisme de transformation s’appuie sur la dissociation électromagnétique. Le noyau de plomb, qui contient 82 protons, produit un champ électromagnétique particulièrement intense. Lorsque les noyaux passent près les uns des autres sans entrer en collision directe, ce champ génère des photons de courte durée qui interagissent avec la structure interne des noyaux. Ces interactions provoquent l’éjection d’un petit nombre de neutrons et de protons. Pour obtenir de l’or, qui possède 79 protons, il faut retirer exactement trois protons d’un noyau de plomb.
Les mesures révèlent que le LHC produit actuellement de l’or à une cadence d’environ 89.000 noyaux par seconde lors des collisions plomb-plomb. Cependant, ces noyaux d’or n’existent qu’une infime fraction de seconde avant de se fragmenter immédiatement en protons, neutrons et autres particules en heurtant les parois du tube de faisceau.
Entre 2015 et 2018, les quatre grandes expériences du LHC ont créé environ 86 milliards de noyaux d’or, soit une masse totale de seulement 29 picogrammes. Malgré les améliorations techniques qui ont permis de doubler cette production lors de la troisième période d’exploitation, la quantité reste des milliers de milliards de fois inférieure à ce qu’il faudrait pour fabriquer le moindre bijou.
« Bien que le rêve des alchimistes du Moyen Âge soit techniquement devenu une réalité, leur espoir de faire fortune s’évanouit une fois de plus », observe l’équipe de recherche. L’intérêt de ces expériences ne réside pas dans la production d’or à des fins commerciales, mais dans la compréhension des processus fondamentaux de la matière. Ces travaux permettent notamment de tester et d’améliorer les modèles théoriques de dissociation électromagnétique, essentiels pour optimiser les performances des collisionneurs actuels et futurs.
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