【物理史中的十月】2006 年 10 月:宣佈確定發現原子序 118 新元素

2006 年 10 月:宣佈確定發現原子序 118 新元素

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2018 年 10 月)

Wikimedia Commons
奧加涅相(Yuri Oganessian)所領導的JINR團隊確切發現了原子序118新元素,命名為「oganesson」(Og)。

上世紀初,物理學家發現了核蛻變的過程,即一個化學元素可經由核衰變而轉變成另一個元素。拉塞福(Ernest Rutherford,1871-1937,1908 年諾貝爾化學獎)和索迪(Frederick Soddy,1877-1956,1921 年諾貝爾化學獎)發現他們存放在實驗室的放射性釷自發地衰變成鐳,索迪隨即宣稱他們發現了蛻變。據說拉塞福馬上回答說:「哎呀,索迪!不要說它是蛻變,大家會一直認為我們是在搞煉金術。」

截至 1919 年,拉塞福成功地以此過程將氮轉變成氧,而於 1957 年,物理學家知道,較重的元素都在超新星最後的動盪中產生。當粒子加速器時代來臨時,物理學家知道可用加速器來產生更重的元素。

羅倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)幫忙開闢了超重元素領域,在它的迴旋加速器中製造出鉳(Bk)、鉲(Cf)、鐒(Lr)、和 (Sg)。直至 1980 年代初期,位於德國達母斯塔特(Darmstadt, Germany)的重離子研究所(GSI)主導著元素的發現,製造出(Bh)、(Hs)、䥑(Mt),以及當時尚待命名的原子序 110、111 和 112 元素。在俄國杜布納(Dubna)的聯合原子核研究所(JINR),由奧加涅相(Yuri Oganessian)所領導的俄國科學家也不甘落後,於1998年製造出原子序 114 元素。至此,LBNL 的科學家急欲奪回他們的領導地位,深信他們可以用一種新型的氣體分離偵測設施,找到難以抓住的原子序 118 元素。

1999 年 4 月,LBNL的科學家花了 5 天,以氪核束轟擊鉛靶。碎片經過分離器,裡面的偵測器會記錄下每一次的能量、位置和時間。這些原始資料皆由LBNL的團隊成員,原先在GSI受訓的尼諾夫(Vitcor Ninov)處理。尼諾夫要找尋符合氪和鉛短暫熔合,產生 118 元素原子核的證據,結果尼諾夫不只找到 1 個,他找到了 3 個。兩星期後,他又找到另1個。於是團隊就將他們的結果發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

下一步是要在其他的迴旋加速器進行複製,以確認此發現。GSI 的科學家那年夏天試著做,卻複製不出相同的實驗結果;日本的理化學研究所(Riken Institute)也無法複製此結果。甚至當 LBNL 的科學家於 2000 年嘗試去重做他們自己的實驗時,也同樣做不出來。一個獨立的評審委員會將最可能的實驗錯誤來源去除掉,團隊也花了那一整年改進偵測器。

2001 年,他們再做一次,尼諾夫再一次宣稱他發現了原子序 118 元素衰變鏈的證據,然而團隊中卻沒有其他人可以在資料中找到此證據。第二個評審委員會也無法從 1999 年的原始資料中找到此證據。在此情形下,LBNL 向《物理評論快報》撤回此論文。當研究人員去檢視 2001 年資料的分析軟體紀錄檔案時,起先似乎有顯示衰變鏈,然而幾小時後記錄的第二個分析軟體卻不見此衰變鏈。早一點的紀錄已被做了更改,有人從別處剪下資料貼上去,並改了幾個數據。1999 年的紀錄同樣顯示在三個實驗報告中有一個做了類似的篡改。

LBNL 判定尼諾夫是最有可能的罪魁禍首,因為他負責將原始資料轉化成可讀的結果,且他的電腦帳戶被用來存取原始資料。尼諾夫激烈地否認任何犯行,但他還是被逐出實驗室。他以前的同事都對他的行事動機表示困惑,評審委員會同時還對團隊其他成員缺乏警覺性予以譴責。

在杜布納(Dubna)的聯合原子核研究所(JINR),由奧加涅相所率領的核物理學家,以及勞倫斯利物浦國家實驗室(LLNL)的同僚們繼續尋找 118 元素。之後他們在 2002 和 2005 年所做的實驗中,發現了 3 個衰變的信號。這一次不是由一個人負責資料分析,而是大家一起嚴格檢查所有的發現。終於在 2006 年 10 月 9 日,JINR 和 LLNL 正式宣布他們確定找到了難以捉住的元素。

起先給了此元素一個保留數字的名字「ununoctium」(拉丁文的 118),2016 年 11 月,國際純化學和應用化學聯合會正式命它為「oganesson」(Og,中文寫成气+奧,),這是以 Oganessian 命名。奧加涅相後來說:「對我來說,這是一種榮譽」,因為那主要是他在 LLNL 同事的建議。

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