114號和116號元素誕生記：驗證歷時4年多

10月24日，俄羅斯科學院中央大樓，第114號和116號兩個新化學元素的命名儀式在此舉行。

　　這就像是一場宗教洗禮：“神父”是來自國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)的主席巽和行，“新生兒”是化學元素周期表的兩個新元素第116號和第114號元素，“教堂”是位于俄羅斯科學院中央大樓的金色禮堂。

　　10月24日，在這間具有巴洛克風格的大廳里，坐滿了200多位來自世界各地的科學家和政界人士：既有俄羅斯弗廖羅夫核反應實驗室和美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家，也有俄羅斯科學院的代表和美國利弗莫爾市市長，還有波蘭、南非等國駐俄羅斯的大使。

　　這些大人物齊聚一堂的原因，是為兩個新生兒“上戶口”。在這個被莫斯科人譽為“金腦袋”的大樓里，巽和行宣布了兩兄弟元素的大名：老大116號元素叫Livermorium (簡稱Lv)，以紀念美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室所在的利弗莫爾市；老二114號叫Flerovium（簡稱Fl），以紀念蘇聯原子物理學家格奧爾基·弗廖羅夫。

　　巽和行的話語剛落，背后的投影屏幕上赫然顯示出這兩個新元素的符號和簡稱。會場掌聲四起，兄弟倆終于在化學元素周期表這幢大樓里安家落戶了。

　　這場隆重命名儀式的召開，也意味著科學界關于116和114兩個新成員的質疑和爭議塵埃落定。此前，宣稱成功制得這兩個新元素的科研機構不止一家，也引起了不少爭議。

　　“對俄羅斯來講，這場儀式在俄羅斯科學史上也有著重要意義。”參加該命名儀式的IUPAC執行主管特里·倫納對中國青年報記者說。

　　在這場命名儀式之前的一個半世紀里，俄國化學家門捷列夫于1869年編制的化學元素周期表，經過了多次修訂和拓展，從最初的63種元素擴展到現在的100多種。剛剛入住元素周期表的兄弟倆，按照質子數分別被排在了114號和116號。

　　當時的化學家們應該想不到， 在大名鼎鼎的92號鈾元素被發現之后，周期表竟一直延續了20多位。曾有人斷言，105號元素是“真正的盡頭”，因為隨著核電荷的增大，質子間的排斥力也將遠超過核力，會導致衰變的發生。

　　不過，這個“斷言”沒能維持幾年，106至109號元素就陸續被合成。如今，就連114號和116號都在周期表上落戶了。

　　它們都是在俄羅斯弗廖羅夫核反應實驗室發現的。這個以前蘇聯原子物理學家格奧爾基·弗廖羅夫命名的實驗室，曾宣布104號至107號等“超鈾元素”的發現。來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家們加入了兩個新元素的合成實驗。

　　“俄羅斯科學家用于發現114號元素和116號元素的方法在業界久負盛名。”倫納表示。包括114號和116號在內，科學家已經制造出約30個人工合成元素。它們在自然界里不存在（或者是痕跡量的），一般通過兩種元素的高速撞擊來制得。它們一部分是超重元素，即原子序數大于110的化學元素。

　　制作方法聽起來并不難：讓兩個較輕的原子核互相撞擊，以制取較重元素的核子。但是實驗過程并不容易，據倫納介紹，目前只有為數不多的國家和科學家掌握這方面的知識和技術，實驗成本也非常昂貴，只有六七個實驗室具備這樣的條件。

　　俄美聯合研究小組分別于1999年6月和2000年7月在實驗室中合成了兩個新元素。他們利用回旋加速器，用含有20個質子的鈣原子核，轟擊含有96個質子的放射性元素鋦，從而制得116號重元素的原子核。

　　116號元素生成之后，幾乎立刻衰變成第114號元素，并釋放出含2個質子、2個中子的粒子。而114號元素又會進一步衰變成更輕的元素。當然，114號元素也可直接通過鈣原子核轟擊94號元素钚而制得。

　　倫納打比方說，我們可以將其中一個較輕的元素想象成子彈，將另一個看作靶子，子彈與靶子撞擊之后會產生很多碎片，新元素就在其中。“在以后的試驗中，科學家只要控制子彈和標靶的大小和撞擊的速度，就有可能制造出類似的新元素。”

　　來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的化學家肯·穆迪透露，元素114和元素116實際上只是“副產品”——它們一開始是在偶然的實驗對撞中產生的，隨后科學家才著手進行專項合成，“當時我們每周都能撞出一個（元素114或元素116）原子”。

　　位于莫斯科州杜布納市的弗廖羅夫核反應實驗室不甘示弱。其新聞發言人在回答記者提問時夸口說：“我們的實驗室已不是第一次體驗到這種快樂了——15年前，當元素周期表中第105號元素改名為‘杜布納’時，我們就體會過這種快樂。這次命名證明，只有我們的學者在我們的加速器上才能獲得這個元素。”

　　不過，在114號和116號誕生的10多年里，兄弟倆一直屬于“黑戶”。一直到去年6月11日，IUPAC才正式確認了它們的存在。

　　命名的問題隨之而來。科學家們根據它們所在的元素周期表位置，將其稱為114號元素和116號元素，并按照國際慣例，暫時給它們取了個拉丁文的小名。

　　不過，由于合成超重元素的重大科學意義，競爭也異常激烈。最先合成或發現元素的實驗室，對其命名往往有建議權。

　　據報道，弗廖羅夫核反應實驗室所屬的俄羅斯杜布納聯合核研究所最初提出，以弗廖羅夫的姓氏命名114號新元素，以新元素的誕生地莫斯科州之名命名116號新元素。但這種企圖包攬命名權的做法遭到了美國合作方的抵制。為表達不滿，美方提出了“達芬奇”、“伽利略”以及“利弗莫爾市”作為備選。

　　這并不是兩國科學家第一次爭奪命名權。早在1964年，當時的蘇聯杜布納聯合核研究所宣布發現了104號元素，但實驗數據在隨后的20年里被一再修正。1969年，美國加州大學伯克利分校的研究小組也“決定性地”合成了104號元素。前者建議將104號元素命名為“kurchatovium”，以紀念蘇聯“原子彈之父” 伊戈爾·庫爾恰托夫；后者則提出命名“rutherfordium”，以紀念美國“原子物理之父” 歐內斯特·盧瑟福。

　　最終，化學元素命名權威機構IUPAC的判定：104號命名為Rutherfordium。這一局，美國勝出。

　　這一回，IUPAC似乎誰也不想得罪。倫納表示，114號和116號元素幾乎是同時發現的，這是第一次，也正好將元素的命名權進行“理想地分配”：俄美科學家各持一個名字。

　　但他對中國青年報記者澄清，他并沒有聽說過所謂的命名風波，“有可能俄羅斯方面也提供了116號元素的備選名稱”。他強調，IUPAC才是最后做決定的機構：雙方分享榮譽，這樣才是公平的。

　　實際上，命名過程本身相對來講很簡單。命名所遵循的原則也不復雜：只要該名字之前沒有用過，并且名字和符號足夠清楚明確，“不要太離譜兒就行”。在經過科學家的建議，并將建議的名字在網站上公示5個月之后，IUPAC就可以拍板決定了。

　　新元素特別是超鈾元素的命名，大多用來紀念卓有建樹的科學家。比如科學家在1944年通過用亞原子粒子轟擊钚的方法，所得到的第96號元素被命名鋦，就是為了紀念居里夫婦。而102號元素锘是為了紀念諾貝爾，112號則是為了紀念哥白尼。

　　相比元素命名，評價的過程卻很困難。IUPAC與IUPAP組成6人聯合專家小組，需要對實驗的各個方面進行反復驗證：實驗能否重復、結論是否正確。科學家們對114號和116號元素的驗證，從一開始，到10月24日命名儀式，中間持續了4年多的時間。

　　“萬一出錯了，我們擔不起這個責任。”倫納很是嚴肅。

　　命名儀式結束之后，巽和行教授對記者表示：“目前，我們已經組建了聯合工作組，優先工作方向是進一步開展第113、115、117和118號元素的評估工作。我們只能等待，但我們也不知道到底要等多長時間，也許是6個月，也許要兩年。”

　　這些新元素也由杜布納聯合核研究所制成。不過它們還沒有拿到入住元素周期表的入場券，未獲IUPAC的官方認定，也沒有名字。

　　和114號和116號一樣，它們都是超重元素，極其不穩定，存在時間最多只有幾秒鐘，追蹤和分析都非常困難。例如116號“利弗莫爾”的壽命僅僅只有幾毫秒，之后便衰變成114號“弗廖羅夫”；而弗廖羅夫在存在半秒鐘之后，很快就會衰變成112號“哥白尼”。

　　由于時間太短，難以捕捉，對它們進行實驗都很困難，目前還停留在理論求證階段。

　　但它至少證明了之前的核理論預言是正確的。這一理論預言預測在質子數為114、中子數為184的“雙幻數核”298、114附近的原子核將具有較高的穩定性，圍繞它可能存在著由成百個超重元素核組成的“穩定島”，有可能被合成出來，這些核被稱為超重核。原子核為超重核的元素稱為超重元素。

　　在命名儀式上，弗廖羅夫核反應實驗室負責人尤里·奧卡聶相表示：“第114和第116號元素是‘穩定島’上飛來的第一撥鳥。通過這一系列發現，我們已經看到了上升，感覺到距離穩定島越來越近了。”他還強調：“我們的最終目標不是獲得某個新的元素，而是證明，我們所猜測的‘穩定島’的真實存在。”

　　“利弗莫爾”的出現，以292的原子量輕松奪取了原本屬于112號元素的“最重元素”的霸主地位。但是它能保持多久，還要看117號和118號什么時候能夠得以確認。

　　“其實，更重的119號，乃至后面的元素都有被發現的可能，”倫納說，“只是需要重新開始數以百萬計次的實驗，才能找到新的元素。”

　　就在多年前門捷列夫制定元素周期表的時候，他也留下了很多空格，并大膽地預測：“屬于這些空位的元素將來一定會被發現。”

　　114號和116號元素正式擁有了自己的名號，那只是它們英語名字，也是標準名稱。至于它們的中國名字被命名成什么，“不在國際純粹與應用化學聯合會的權限范圍之內”。倫納表示，“這個決定權在中國科學機構的手中”。