Selama berabad-abad, para alkemis bermimpi mengubah timah menjadi emas — bukan melalui sihir, tetapi dengan membuka potensi tersembunyi dalam logam itu sendiri. Meskipun metode mereka tidak pernah berhasil, penelitian ilmiah modern akhirnya berhasil mewujudkan mimpi tersebut.

Para peneliti di Large Hadron Collider (LHC) — akselerator partikel terbesar dan paling tinggi energinya di dunia — telah mengamati transmutasi timah menjadi emas dalam kenyataan. Namun, transformasi ini tidak terjadi akibat tabrakan langsung seperti yang telah diamati sebelumnya. Sebaliknya, perubahan ini muncul melalui mekanisme baru yang melibatkan interaksi hampir bersentuhan antara inti atom.

LHC dibangun untuk mempercepat partikel hingga mendekati kecepatan cahaya. Tabrakan partikel ini memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari blok bangunan dasar materi dan menjelajahi bagaimana alam semesta kita terstruktur pada skala terkecil. Meskipun informasi penting telah diperoleh dari tabrakan langsung, sebagian besar pertemuan di dalam kolider adalah tidak langsung. Dalam "kejadian hampir bersentuhan" ini, partikel-partikel mendekat satu sama lain tanpa bersentuhan, namun menghasilkan medan elektromagnetik yang begitu intens sehingga dapat memicu reaksi nuklir yang tidak terduga.

“Medan elektromagnetik yang dihasilkan dari inti timah sangat kuat karena inti ini mengandung 82 proton, masing-masing membawa satu muatan elemental,” tulis pejabat dari Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN) dalam sebuah pernyataan. “Selain itu, kecepatan tinggi yang sangat tinggi di mana inti timah bergerak di LHC (yang mencapai 99,999993% dari kecepatan cahaya) menyebabkan garis-garis medan elektromagnetik tertekan menjadi pancake tipis, melintang terhadap arah gerakan, menghasilkan pulsa pendek foton,” tambah mereka.

Puls ini dapat memicu proses yang dikenal sebagai disosiasi elektromagnetik, di mana sebuah foton berinteraksi dengan inti, menyebabkan osilasi internal yang mengeluarkan neutron dan foton. Dalam kasus atom timah yang lewat, kehilangan tiga proton melalui proses ini menghasilkan pembentukan emas.

“Sangat mengesankan melihat bahwa detektor kami dapat menangani tabrakan langsung yang menghasilkan ribuan partikel, sementara juga sensitif terhadap tabrakan di mana hanya beberapa partikel yang dihasilkan pada satu waktu, memungkinkan studi tentang proses 'transmutasi nuklir' elektromagnetik,” kata Marco Van Leeuwen, juru bicara proyek ALICE (A Large Ion Collider Experiment) di LHC, yang merupakan tim di balik hasil baru ini.

Pekerjaan ini “adalah yang pertama untuk secara sistematis mendeteksi dan menganalisis tanda-tanda produksi emas di LHC secara eksperimental,” tambah Uliana Dmitrieva dari kolaborasi ALICE.

Tim peneliti dapat mengidentifikasi kehilangan proton yang tidak hanya terkait dengan pembentukan emas, tetapi juga dengan produksi atom timah, talium, dan merkuri. Analisis ini dimungkinkan berkat perangkat yang disebut kalorimeter sudut nol (ZDC), yang mendeteksi dan menghitung interaksi foton-inti dengan mengukur emisi yang dihasilkan.

Tim melaporkan bahwa LHC dapat memproduksi hingga 89.000 inti emas per detik dari tabrakan timah-timah. “Analisis ALICE menunjukkan bahwa, selama Run 2 LHC (2015-2018), sekitar 86 miliar inti emas diciptakan di empat eksperimen utama,” tulis pejabat CERN dalam pernyataan tersebut.

Namun, alkemis modern yang berharap untuk meraup keuntungan mungkin akan kecewa. Ini setara dengan hanya 29 pikogram (2,9 × 10^-11 gram) bahan, dan atom-atom emas ini sangat pendek umurnya. Mereka begitu energik sehingga segera menabrak bagian-bagian dari LHC, seperti pipa sinar atau kolimator, pecah hampir seketika menjadi proton, neutron, dan partikel lainnya. Akibatnya, emas ini hanya ada untuk brang yang sangat singkat.

“Hasil ini […] menguji dan memperbaiki model teoretis disosiasi elektromagnetik yang, di luar kepentingan fisik intrinsiknya, digunakan untuk memahami dan memprediksi kehilangan sinar yang merupakan batas utama pada kinerja LHC dan kolider di masa depan,” kesimpulan John Jowett, juga dari kolaborasi ALICE.