歷史 物理

元素118號︰從1999年的造假風波到2006年的正式發現

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撰文者:原文:Leah Poffenberger,譯者:文裕
發文日期:2019-02-18
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  • 在上世紀初,「核物理之父」歐內斯特‧拉瑟福(Ernest Rutherford)和諾貝爾化學獎得主弗雷德里克‧索特(Frederick Soddy)儲存了一些放射性釷在實驗室中。他們發現這些釷會自發地變成鐳。索特便宣稱道,他們發現了核蛻變(Nuclear transmutation;核蛻變指一種化學元素透過放射衰變成為另一種化學元素的現象。)「索特當時不把這現象稱為『蛻變(Transmutation)』,不然我們會被誤以為在搞煉金術。[註1]」拉瑟福說道。

    在1919年,拉瑟福成功以核蛻變把氮轉化為氧。

    在1957年,物理學家發現恆星以超新星爆炸的形式呼出最後一息時,會一併合成各種重元素。

    至於比重元素更重的超重元素呢?粒子加速器就是答案——在粒子加速器時代之初,物理學家已經注意到它們可用以合成更重的元素。

     

    洛倫茲伯克萊國立實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)正是其中一個合成超重元素的領頭組織。Bk(鉳,Berkelium)、Cf (鉲,Californium)、Lr (鐒,Lawrencium)、Sg (𨭎,Seaborgium) 皆出自LBNL的加速器。1980年代早期,位於德國達姆施塔特的重離子研究協會(Gesellschaft für Schwerionenforschung,GSI [註2])則合成了原子序數為107、108和109的三種元素,這三種元素分別已命名為Bh(𨨏,Bohrium),Hs (𨭆,Hassium)和Mt(䥑,Meitnerium)。俄羅斯的科學家亦不甘後人,杜布納原子研究所(Joint Institute for Nuclear Research,JINR)在尤里‧奧加涅相的率領下,於1998年首次合成了原子序數為114的元素Fl (鈇,Flerovium)。

    LBNL希望在各國科學家的熱烈競爭中脫穎而出,同時LBNL團隊又對於新型的氣相分離偵測裝置相當有信心,他們堅信能找出元素週期表第7行的最後一個元素——元素118號。

    在1999年4月,LBNL的科學家用氪原子核轟擊了鉛靶達5天之久。生成的粒子——或者說是「原子核的碎片」——經過氣相分離偵測裝器後,偵測裝置會記錄它們的能量、位置和產生的時間。這些原始數據會交由維克多‧尼諾夫(Victor Ninov)處理,尼諾夫曾經在GSI受訓過。他希望從數據中挖掘氪原子核和鉛原子核融合成元素118號的證據。

    而尼諾夫告訴他的團隊,他找到元素118號曾被合成的證據,而且有三個之多!兩週後,他在另一次相同的實驗中再發現多一項元素118生成的證據。於是,進行實驗的團隊在《物理評論快報(Physical Review Letter)》發表他們的實驗結果。
    下一個驗證元素118號生成的步驟是在另一些粒子加速器重覆實驗。

    GSI的科學家在1999年夏季嘗試重覆實驗但一無所獲,而日本的理化學研究所(Riken Laboratory)亦無法複製出實驗結果,甚至LBNL在2000年重試實驗時也得不出元素118的蹤影。

    經過獨立的審查團隊排除了各種可能的誤差來源並把升級探測器後,LBNL團隊在2001年捲土重來,這次尼諾夫再次宣稱自己找到118號元素衰變的證據,但團隊中的其他成員卻找不出尼諾夫口中的證據。另一組審查團隊翻查1999年的原始數據時,亦無發現尼諾夫當年宣稱的證據。於是,LBNL向《物理評論快報》申請撤回論文。其後,LBNL團隊覆驗數據分析軟件在2001年的執行紀錄,他們先發現一個看似元素118衰變事件的蹤跡,但數小時後出爐的數據分析中,卻未有顯示元素118的衰變事件。

    也就是說數據曾被篡改過——有人把別處的數據作剪下貼上並刪改了數據中的數字。除了2001年的數據外,1999年的原始數據中也有遭篡改的痕跡。

    當年負責把原始數據轉化成可讀形式的是尼諾夫,他的電腦亦有存取數據檔案的紀錄,因此,LBNL團隊認定尼諾夫就是篡改數據的罪魁禍首。尼諾夫強烈否認,但他還是被逐出LBNL實驗室。尼諾夫的前同事表示難以理解他的動機,而團隊的成員則被審查團隊指責他們的不慎。

    另一邊,奧加涅相率領JINR的核子物理學家並與洛倫茲利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)合作繼續搜尋元素118。他們在2002年至2005年期間的實驗中找出3個元素118的衰變痕跡。這次,團隊沒有指派任何一人負責分析數據,且他們嚴格審視他們的發現。終於,在2006年10月9日,JINR和LLNL正式宣佈他們已找到元素118號。

     

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    (Wikimedia commons)


    這元素一直被稱為Ununoctium——即「元素118」之意。直到2016年11月,它終於有正式的名稱Oganesson(Og,中文寫法是「气」下一個「奧」)。這名字正正就是以率領團隊的奧加涅相命名,而提議以奧涅加相命名的就是他在LLNL的同事。

     

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    「對我而言,這是一個莫大的榮譽。」奧涅加相說。
     




    感謝APS Physics授權物理雙月刊翻譯本文並刊登於物理雙月刊網站及雜誌。
    編譯者︰文裕
    原文刊登於APS Physics October/2018


     

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