元素周期表之戰：4種全新化學元素或被重新評估！物理學家如何「入侵」化學家的領地

來自專欄 DeepTech深科技

元素周期表，這個熟悉的名字陪伴了我們走過學生時代，一提起它，腦海中不自覺地就會浮現出「氫氦鋰鈹硼…」。不過，表格中元素的增加不僅蘊藏著科學家的努力和智慧，還經過了鮮為人知的爭鬥和角力。

2015 年 12 月 30 日，國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）舉辦了一場研討會，物理學家和化學家聚集在一起評估核研究的成果和極限，並且正式宣布在元素周期表中添加了四項新元素，和它們的名字：Nh（113 號），Mc（115 號），Ts（117 號），Og（118 號）。這代表著元素周期表的第七行正式完成，距它被門捷列夫創造出來已有約 150 年。

然而很多研究人員認為這項決定過於草率且不成熟，因為沒有找到足夠的證據證明它們的存在。115 和 117 號元素引發的爭議最大，一些科學家認為新要素的評估過程存在缺陷，對於新發現的審查力度不足。

核物理學家 Claes Fahlander 表示，「我們是科學家，所以我們不輕易相信。我們希望看到證據。」

圖丨元素周期表創製人——門捷列夫

「在會議結束時，一位科學家要求舉手表決是否推遲新元素的宣布，」核化學家 Walter Loveland 說道，「大多人都同意推遲官宣。」然而這引起了一些俄羅斯科學家的不滿，正是他們領導了其中三個元素的發現。「他們跺了跺腳，然後就轉身離去了。我從來沒在科學會議上見過這種情形。」

隨著 2019 年，國際「元素周期表」年的到來，增加四項元素帶來的爭議掀起了新元素認證過程的改革。這代表著一些最新發現可能會被重新評估。

追根溯源，部分爭議源於一些化學家和物理學家之間的分歧：誰才是元素周期表的「合法監護人」？

一直以來，化學家都在擔任這個角色，因為他們在數百年的化學工作中，通過化學技術不斷地發現了天然存在的元素。

然而在過去的幾十年里，核物理學家也加入了「尋找新元素」的隊伍之中——人造新元素。使用某種元素的原子核作為「炮彈」來轟擊另一種元素的原子核，兩種原子核熔合在一起後，質子數發生改變，新元素就誕生了。

圖丨如何創造一個元素（圖片來源：《自然》）

不過新元素的誕生十分困難，可能需要幾年的時間才能完成，而且形成的原子非常不穩定，經常會在一眨眼的時間衰變分裂。當研究團隊著急創造下一個元素時，想找到足夠的元素存在證據就變得異常困難。

「當權者之爭」

新元素的決定權在於兩個姊妹組織：國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC，下文簡稱化學聯盟）和國際純粹與應用物理聯合會（IUPAP，下文簡稱物理聯盟）。自 1999 年以來，他們一直依賴於「聯合工作組（JWP）」的專家小組的判斷。該專家小組由卡內基梅隆大學的核化學家兼名譽教授 Paul Karol 擔任主席，還包括四名物理學家，負責定期組織起來評估新的元素髮現。

圖丨化學聯盟（上）和物理聯盟（下）

當時是 JWP 小組批准了四種元素的發現，其中 113 號元素的發現歸功於日本理化學研究所，115、117 和 118 號的發現歸功於杜布納聯合原子核研究所的美俄聯合科學團隊。

JWP 的決定於 2015 年 12 月 30 號公布。他們先向化學聯盟傳達了調查和評估結果，聯合會人員馬上就發布了一份新聞稿，宣布四項新元素（尚未獲得正式名稱）的誕生。然而據物理聯盟主席 Bruce McKellar 描述，「此時的物理聯盟尚未收到 JWP 的評估結果。」而且 JWP 的結論也尚未經過聯合會的最終批准，這項批准流程需要一個月的時間。

這一疏忽激化了兩個聯合會之間原有的矛盾。前任物理聯盟主席 Cecilia Jarlskog 聲稱，化學聯盟多年來一直不公正地控制了評估過程。「試圖通過自行宣布這一發現來竊取人們的注意力，」她在會議上指責化學聯盟。

JWP 主席 Karol 也曾表示，在準備評估報告時，他幾乎只與化學聯盟保持聯繫。

一波未平一波又起，JWP 對 115 和 117 號元素的評估報告引發了質疑和批評，比如 JWP 表示 115 和 117 號元素的放射性衰變鏈可以匹配，這可以作為證據支持兩元素的發現，然而一些科學家認為這種方式對於奇數元素來說是非常棘手的，而且報告中存在很多錯誤細節。

「從科學角度審視 JWP 的評估結果，科研人員很難信服，」核物理學家 David Hinde 表示。這次風波不僅撼動了 JWP 的權威性，而且進一步加劇了化學聯盟和物理聯盟的緊張關係。

審視問題

儘管四項新元素的宣布飽受爭議，但化學聯盟和物理聯盟達成了共識：JWP 的總體結論是正確的。他們的評估結果也得到了工會的批准。

前任物理聯盟主席 Jarlkog 表示，她希望整個行業密切關注整個評估過程。兩個聯盟已經商定了未來新元素的評估程序。新的修訂規則表示，化學聯盟和物理聯盟的主席將分別在宣布結論之前，有機會審查 JWP 的調查和評估結果。他們將與期刊《純粹與應用化學》一起開展獨立的同行評審流程。

物理聯盟主席 McKellar 對此表示，「新的規則和程序在兩個聯盟里構建了對彼此的信任。」

規則也好，評估過程也罷，所有人都希望未來新元素的誕生能有它應有的純粹，就像一粒原子一樣簡單。