À mille lieues des chaudrons enfumés des alchimistes du Moyen Âge, c’est dans les entrailles du Large Hadron Collider (LHC) ; le plus puissant accélérateur de particules au monde ; que s’est jouée cette transmutation atomique. À cent mètres sous terre, des physiciens du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) sont parvenus à forcer un noyau de plomb à abandonner une partie de lui-même, jusqu’à prendre, un bref instant, la forme de l’or.
L’obsession de l’or pur
Pendant des siècles, la quête de l’or a excité les esprits. Dans l’Europe médiévale, les alchimistes ; mi-sorciers, mi-érudits ; tentaient par d’étranges mélanges et des combustions obscures de purifier les métaux et de perfectionner la matière. Le plomb, matériau lourd et commun, était leur point de départ favori. Ils le chauffaient dans des alambics, ajoutaient du mercure, du soufre, parfois même du sang animal, dans l’espoir de produire le métal parfait : l’or, synonyme de perfection et d’immortalité.
Cette idée, bien qu’impossible à réaliser par la voie chimique, reposait sur une intuition presque juste : que la matière pouvait se transformer et que les éléments n’étaient peut-être pas figés. Bien évidemment, nos anciens ne possédaient pas encore l’outil pour manipuler la structure même des atomes.
Le LHC, mis en service en 2008, est le candidat parfait pour : en provoquant des collisions à très haute énergie entre des ions de plomb, il peut modifier la composition des noyaux atomiques, et transformer, un atome en un autre. Dans cet immense tunnel de 27 km, ces collisions ; qui se produisent à la vitesse proche de celles de la lumière ; ont transformé la composition de certains noyaux de plomb, les transformant momentanément en atomes d’or.
L’ancienne chimère des alchimistes, rattrapée par la physique contemporaine
Entre 2015 et 2018, les équipes du CERN ont mené une série de collisions entre ions de plomb à l’intérieur du LHC. L’objectif premier était d’étudier des états extrêmes de la matière semblables à ceux présents dans les instants suivant le Big Bang. Toutefois, au fil des essais, une mutation s’est produite : des noyaux de plomb, sous l’effet des impacts, ont perdu quelques protons ; précisément ceux qui les différencient de l’or.
L’or contient 79 protons contre 82 pour le plomb. Or, dans certaines collisions dites « quasi manquées », les interactions électromagnétiques sont telles que le plomb éjecte juste assez de protons pour qu’une infime fraction d’or apparaisse. Cette transformation est très brève et l’atome se désagrège ensuite presque immédiatement en d’autres particules. Lors de ces essais, seuls 29 picogrammes d’or ont été détectés, une masse infime, équivalente à celle d’une trentaine de bactéries E. coli.
Les essais les plus récents, rendus possibles grâce à des améliorations techniques du LHC, ont quasiment doublé ce chiffre. Cela reste néanmoins mille milliards de fois trop peu pour espérer en extraire ne serait-ce qu’un grain. Aucun espoir ici de rentabiliser ces transmutations.
Le coût énergétique de chaque collision et la brièveté de la transformation rendraient cette hypothétique démarche économiquement absurde. À ceux qui verraient dans ces expériences un moyen détourné de fabriquer de l’or, ce n’est absolument pas le projet du CERN.
L’or produit dans ces expériences n’a aucune valeur marchande, ni utilité pratique : il est, de toute évidence, inutilisable. N’y voyons pas là une avancée économique, ou encore moins la naissance d’un nouveau procédé industriel, sa portée est strictement scientifique. Ce n’est pas pour autant qu’il est dénué d’importance : nous savons désormais que la matière, même dans ce qu’elle a de plus stable en apparence, peut basculer sous certaines contraintes. Il s’agit donc d’un gain intellectuel plutôt que matériel, et à ce titre, il éclaire bien plus durablement nos connaissances en physique que ne l’aurait fait un gros lingot d’or.
- Des chercheurs du CERN ont brièvement réussi à transformer du plomb en or en modifiant sa structure atomique lors de collisions à très haute énergie.
- Cette transmutation éphémère, observée dans le LHC, ne permet aucune application pratique : la quantité d’or produite est infime et instable.
- L’intérêt de l’expérience est avant tout scientifique : elle confirme qu’un élément chimique peut changer d’identité dans des conditions extrêmes.
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