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4种全新化学元素或被重新评估!物理学家如何“入侵”化学家领地
2018-9-3 1:13:00           作者: DeepTech深科技

元素周期表,这个熟悉的名字陪伴了我们走过学生时代,一提起它,脑海中不自觉地就会浮现出“氢氦锂铍硼…”。不过,表格中元素的增加不仅蕴藏着科学家的努力和智慧,还经过了鲜为人知的争斗和角力。

4种全新化学元素或被重新评估!物理学家如何“入侵”化学家领地

 

2015 年 12 月 30 日,国际纯化学和应用化学联合会(IUPAC)举办了一场研讨会,物理学家和化学家聚集在一起评估核研究的成果和极限,并且正式宣布在元素周期表中添加了四项新元素,和它们的名字:Nh(113 号),Mc(115 号),Ts(117 号),Og(118 号)。这代表着元素周期表的第七行正式完成,距它被门捷列夫创造出来已有约 150 年。

然而很多研究人员认为这项决定过于草率且不成熟,因为没有找到足够的证据证明它们的存在。115 和 117 号元素引发的争议最大,一些科学家认为新要素的评估过程存在缺陷,对于新发现的审查力度不足。

核物理学家 Claes Fahlander 表示,“我们是科学家,所以我们不轻易相信。我们希望看到证据。”

4种全新化学元素或被重新评估!物理学家如何“入侵”化学家领地

 

图丨元素周期表创制人——门捷列夫

“在会议结束时,一位科学家要求举手表决是否推迟新元素的宣布,”核化学家 Walter Loveland 说道,“大多人都同意推迟官宣。”然而这引起了一些俄罗斯科学家的不满,正是他们领导了其中三个元素的发现。“他们跺了跺脚,然后就转身离去了。我从来没在科学会议上见过这种情形。”

随着 2019 年,国际“元素周期表”年的到来,增加四项元素带来的争议掀起了新元素认证过程的改革。这代表着一些最新发现可能会被重新评估。

追根溯源,部分争议源于一些化学家和物理学家之间的分歧:谁才是元素周期表的“合法监护人”?

一直以来,化学家都在担任这个角色,因为他们在数百年的化学工作中,通过化学技术不断地发现了天然存在的元素。

然而在过去的几十年里,核物理学家也加入了“寻找新元素”的队伍之中——人造新元素。使用某种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核,两种原子核熔合在一起后,质子数发生改变,新元素就诞生了。

4种全新化学元素或被重新评估!物理学家如何“入侵”化学家领地

 

图丨如何创造一个元素(图片来源:《自然》)

不过新元素的诞生十分困难,可能需要几年的时间才能完成,而且形成的原子非常不稳定,经常会在一眨眼的时间衰变分裂。当研究团队着急创造下一个元素时,想找到足够的元素存在证据就变得异常困难。

“当权者之争”

新元素的决定权在于两个姊妹组织:国际纯化学和应用化学联合会(IUPAC,下文简称化学联盟)和国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP,下文简称物理联盟)。自 1999 年以来,他们一直依赖于“联合工作组(JWP)”的专家小组的判断。该专家小组由卡内基梅隆大学的核化学家兼名誉教授 Paul Karol 担任主席,还包括四名物理学家,负责定期组织起来评估新的元素发现。

4种全新化学元素或被重新评估!物理学家如何“入侵”化学家领地

 

图丨化学联盟(上)和物理联盟(下)

当时是 JWP 小组批准了四种元素的发现,其中 113 号元素的发现归功于日本理化学研究所,115、117 和 118 号的发现归功于杜布纳联合原子核研究所的美俄联合科学团队。

JWP 的决定于 2015 年 12 月 30 号公布。他们先向化学联盟传达了调查和评估结果,联合会人员马上就发布了一份新闻稿,宣布四项新元素(尚未获得正式名称)的诞生。然而据物理联盟主席 Bruce McKellar 描述,“此时的物理联盟尚未收到 JWP 的评估结果。”而且 JWP 的结论也尚未经过联合会的最终批准,这项批准流程需要一个月的时间。

这一疏忽激化了两个联合会之间原有的矛盾。前任物理联盟主席 Cecilia Jarlskog 声称,化学联盟多年来一直不公正地控制了评估过程。“试图通过自行宣布这一发现来窃取人们的注意力,”她在会议上指责化学联盟。

JWP 主席 Karol 也曾表示,在准备评估报告时,他几乎只与化学联盟保持联系。

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一波未平一波又起,JWP 对 115 和 117 号元素的评估报告引发了质疑和批评,比如 JWP 表示 115 和 117 号元素的放射性衰变链可以匹配,这可以作为证据支持两元素的发现,然而一些科学家认为这种方式对于奇数元素来说是非常棘手的,而且报告中存在很多错误细节。

“从科学角度审视 JWP 的评估结果,科研人员很难信服,”核物理学家 David Hinde 表示。这次风波不仅撼动了 JWP 的权威性,而且进一步加剧了化学联盟和物理联盟的紧张关系。

审视问题

尽管四项新元素的宣布饱受争议,但化学联盟和物理联盟达成了共识:JWP 的总体结论是正确的。他们的评估结果也得到了工会的批准。

前任物理联盟主席 Jarlkog 表示,她希望整个行业密切关注整个评估过程。两个联盟已经商定了未来新元素的评估程序。新的修订规则表示,化学联盟和物理联盟的主席将分别在宣布结论之前,有机会审查 JWP 的调查和评估结果。他们将与期刊《纯粹与应用化学》一起开展独立的同行评审流程。

物理联盟主席 McKellar 对此表示,“新的规则和程序在两个联盟里构建了对彼此的信任。”

规则也好,评估过程也罢,所有人都希望未来新元素的诞生能有它应有的纯粹,就像一粒原子一样简单。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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