从未存在过的元素

1999年4月19日星期一早上，达琳·霍夫曼接到了一个电话。霍夫曼是美国劳伦斯伯克利国家实验室重元素小组的负责人。来自该团队粒子加速器的三位研究人员希望立即与她见面。

霍夫曼猜想一定是出了什么问题。在近两周的时间里，该团队一直在用88英寸(2.24米)回旋加速器尝试一种非常规的核反应，试图发现118号元素。该项目是对回旋加速器的新型充气分离器的一次试运行，这种仪器可以在检测新产生的元素时去除背景噪声。像往常一样，当涉及到安装和校准新设备时，团队在解决初期问题时受到了无尽的技术问题的困扰。

“别担心，”电话那头的队长肯·格里高利奇(Ken gregory)安慰她说。这是非常好的消息。

几分钟后，格里高利奇来到霍夫曼的办公室。与他同行的是俄勒冈州立大学休假的研究人员沃尔特·洛夫兰，以及重元素研究领域冉冉升起的新星维克多·尼诺夫。尼诺夫递给霍夫曼一张手绘的图表。4月13日，机器探测到一系列由阿尔法粒子引起的能量特征。它们可能是从一个新融合的原子核中被丢弃的——这是一种新元素被创造出来并通过阿尔法辐射衰变的迹象——或者同样可能只是实验产物，机器中的幽灵。尼诺夫离开了团队的其他成员，一直在搜索计算机的数据，以寻找更有力的证据来证明发生了什么。

4月15日，他找到了它。他给霍夫曼的表格显示，伯克利的实验发现了不止一种，而是三种新元素。

只有一个问题。这不是真的。

超重比赛

4月19日是发现元素的吉日。这一天本来是伯克利团队前负责人格伦·西博格(Glenn Seaborg) 87岁的生日，他在两个月前去世。自1940年接管伯克利团队以来，西博格和他的长期合作伙伴阿尔·吉奥索已经把伯克利变成了有史以来最成功的元素制造商。西博格发现钚为他赢得了诺贝尔奖，而他的锕系元素系列重塑了元素周期表。到了20世纪70年代，该团队甚至超越了这些，达到了超重元素的领域。

超重元素在地球上并不是自然存在的。相反，它们是在粒子加速器中一个原子一个原子地产生的，向目标原子发射离子束，希望原子核融合在一起，产生一个新的、更大的元素。理论上，这只需要向目标发射带有正确数量质子的离子束。例如，由Ghiorso领导的伯克利团队与附近的劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作，在1974年通过发射氧离子(Z= 8)变成加利福尼亚(Z= 98)。实际上，这项技术要困难得多。撞击是罕见的，而且更有可能导致原子核分裂——原子裂变——而不是新元素的产生。而且即使新元素产生了，它通常也非常不稳定，会在几秒钟内发生放射性衰变。

不幸的是，这种缺乏具体证据的情况发生在冷战的高潮时期，这意味着在苏联杜布纳的一个由Georgy Flerov和Yuri Oganessian领导的竞争小组激烈地争夺元素的发现。直到1993年，伯克利才被确认为106号元素的发现者——又过了四年，所有人才同意将其命名为海钡。

海波镓证明了伯克利的元素发现历程的终结。在此期间，该队的竞争对手已经向前推进。在整个20世纪80年代和90年代，GSI达姆施塔特的德国团队发现了107-112号元素。为了重新回到元素竞赛中，伯克利于1996年从GSI招募了尼诺夫——110、111和112号元素的共同发现者。他几乎立刻给吉奥索留下了深刻的印象，吉奥索告诉他的同事，尼诺夫“和年轻时的阿尔·吉奥索一样好!””While Gregorich worked on the cyclotron’s separator, Ninov brought with him a computer program, Goosy, that promised to give the Americans a digital edge when it came to data analysis.

伯克利团队希望此举能让他们重新参与到新元素的竞赛中来。杜布纳小组于1989年与利弗莫尔合作，美俄联合小组已经开创了一项新技术，他们认为可以生产出118号元素。1998年，Oganessian的合作者报告说，他们通过将富含中子的钙射入钚中，制造出了114号元素。这一说法尚未得到证实，但伯克利若想跟上步伐，就必须迅速采取行动。

起初，伯克利团队曾考虑重复俄罗斯的方法。然而，他们并没有获准在新的充气分离器上使用放射性靶材，也没有充足的金属形式的钙-48同位素来制造离子束。相反，他们决定求助于波兰理论物理学家Robert smolazynczuk的想法，他预测118号元素可以通过用氪86轰击铅203轻易产生。这个想法违背了所有的传统观点，因为大多数模型都认为这样的反应需要几十年才能产生一个原子，但是霍夫曼和吉奥索——他80多岁才进入实验室——决定尝试一下。1998年，斯莫拉斯库克凭借富布赖特奖学金来到加州，与操作回旋加速器的实验人员一起工作。在不到六个月的时间里，伯克利的团队就准备好了。“罗伯特的反应”是走。

我们不是都很幸运吗?我们是研究生，我们发现了一种新元素!

当霍夫曼看到尼诺夫的分析时，她大吃一惊。数据显示了三条衰变链，其中两条的放射性半衰期非常接近斯莫拉茨丘克的预测。氪原子核和铅原子核融合在一起形成118号元素，然后放射性衰变成116号和114号元素。伯克利的赌注似乎得到了回报。

“罗伯特会和上帝说话吗?”尼诺夫咧嘴笑着问。

然而，霍夫曼经验丰富，不经过检查就能抓住元素。1952年，她本应接管洛斯阿拉莫斯的一个研究小组，分析太平洋上核弹试验的样本。到达实验室后，人力资源部门拒绝让她进入实验室，坚持认为弄错了——女性不可能成为化学家。当霍夫曼被困在家里等待批准时，她的团队发现了99号元素和100号元素的第一个迹象。她被拒绝发现两种元素;现在，距离如此之近，她想确认一下。她让三人再做一次实验。

4月30日，该小组又进行了6天的反应。这一次，只看到了一条链子。霍夫曼在当年6月与吉奥索一起写道:“这是一个令人震惊的发现，人们付出了巨大的努力来查明是否出现了问题。”“没有明显的发现。”¹

1999年5月27日，伯克利研究小组宣布了这一发现物理评论快报．任何参与其中的人都被列为合著者，上至研究生。其中一位名叫道恩·肖内西(Dawn Shaughnessy)的队员还记得当时整个团队的兴奋之情。如果你在回旋加速器上过班，你的名字就会出现在纸上。我上过几次班，所以上面有我的名字。我们不是都很幸运吗?我们是研究生，我们发现了一种新元素!”

霍夫曼和吉奥索写道:“这个消息对科学界来说是一个巨大的惊喜。”“即使杜布纳/利弗莫尔关于114号元素的报告没有得到证实，我们也有114号、116号和118号元素存在的令人信服的证据!”这开启了一个全新的研究领域。”¹

世界各地的团队开始效仿伯克利的尝试。这被认为是霍夫曼和吉奥索职业生涯的最高成就。世界上有海产;为什么不是镓呢?

第一个问题

三年前，1996年1月，尼诺夫带着他的数据做了一次几乎相同的旅行，这次是在GSI拜访了德国小组的领导人西格德·霍夫曼。尼诺夫是队里很受欢迎的一员。他出生于保加利亚，上世纪70年代举家迁往西德，在达姆施塔特技术大学(Technical University of Darmstadt)接受物理学家培训。从那里，他转到了GSI，当实验室在1988年获得新计算机时，尼诺夫确立了自己的专家地位。

德国研究小组一直在将锌烧成铅，希望得到112号元素——他们确信这个反应会成功。作为计算机的负责人，尼诺夫是第一个发现新元素的人。然而，令霍夫曼感到惊讶的是，他们这么快就成功了。霍夫曼回忆道:“一周后，尼诺夫来找我，说我们观察到了一些东西……我让他打印出原始数据:能量、时间、位置。”制作这样一份打印文件相对简单。”Ninov declined and said he’d do it after lunch. He didn’t, and Hofmann asked him again. ‘He just said “Yeah, yeah, I have no time now”.’ When the printout did emerge, several hours later, the chain was missing all the data Hofmann expected. ‘I told him we couldn’t publish it, we’d have to wait for another event.’ A week later, when the German team did get the data they expected, Hofmann decided only to mention Ninov’s chain briefly in the paper.

1999年，伯克利发现的消息传出后，霍夫曼决定复制美国团队的设置，以确认118号元素的存在。他回忆道:“我们马上就得到了重复实验的光束时间。”“氪是一束容易击中的光束，铅也很容易击中。一周后，我们什么都没看到。”Hofmann recalls arguing with GSI’s director about this apparent failure – but after two weeks he still hadn’t seen a sign of the supposedly easily produced element 118.

德国人并不孤单。在接下来的一年里，法国和日本的团队尝试了“罗伯特的反应”，结果一无所获。与此同时，科学家们对尼诺夫的行为感到困惑;在会议上，他们发现每当被问及他的新元素时，他总是闪烁其词。

伯克利在2000年再次尝试了这个实验，但和其他实验室一样，未能探测到118号元素。对此，它立即发起了一项独立调查，由伯克利分校的另一位核物理学家I-Yang Lee主持，以检查其设备是否有问题。李教授的研究小组检查了实验条件、数据采集和统计情况。它还建议该团队“完成新老数据集的独立分析”，尽管这并没有发生。“到目前为止，两个实验之间的差异最有可能的原因是磁铁的设置，”李在2001年1月25日报告说。还有别的解释吗?

有些事情非常不对劲

2001年4月，在第一次测试两年后，伯克利大学准备进行第四次实验。这项工作有条不紊，旨在消除对这一发现的所有疑虑。2001年5月，该团队再次尝试。奇迹般地，似乎又出现了一次撞击。根据数据，在2001年5月7日中午12点54分，118号元素出现了另一条衰变链。

或者曾经有过?

“在那段时间里，”洛夫兰回忆道，“还有其他人成为了鹅的专家，包括我的博士后唐·彼得森。”

彼得森现在是伊利诺伊州阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研究员，他回忆说:“我当时还在摸索。”Goosy本身并不是一个程序，它更像是一个分析平台，你可以为它编写自己的子程序。我为这些数据编写了独立的分析代码，可以对Goosy的任何结果进行一致性检查。”

根据使用软件的人的不同，你会得到不同的答案，这是不对的

彼得森热衷于检查一切，他在俄勒冈州立大学的实验室再次运行了数据。“没有任何东西能让我为了任何邪恶的目的去检查任何跑步。我们只是在进行自己的独立分析——尽职调查。”

Goosy的文件提供了与探测新元素及其α衰变链相关的事件相关的三条信息:事件的位置(在探测器中)，事件发生的时间和被探测粒子的能量。虽然有些数据是相同的，但其他部分却完全不同。彼得森解释说:“尽管存在着床事件，但与随后的衰变没有关联。”“我最终在维克多的候选衰变链中找到了其他α衰变事件，但它们与原始事件并不相关。它们要么出现的时间较晚，要么与原始植入物不在同一空间位置。”

洛夫兰回忆起彼得森带着他的发现找到他的那一刻。“唐看着这些东西说:‘我找不到活动了!那时，我想，“天哪，这是怎么回事?”根据使用软件的人的不同，如果Ninov使用它，或者Don使用它，你会得到不同的答案，这是不对的。就在那时，我开始向所有人大喊，事情非常非常糟糕。”

伯克利的团队行动迅速。6月15日，霍夫曼向实验室主任提交的一份机密报告称，2001年的基因链“在数据中不存在”。团队每天召开会议，检查哪里出了问题。起初，每个人都认为这是一个错误——毕竟这是实验科学。尼诺夫开始检查1999年的数据，其他人则检查最近的链。他们打了电话，成立了一个由物理学家杰拉尔德·林奇(Gerald Lynch)领导的独立委员会。

他们发现的唯一记录是两张手写的纸

这群人越来越紧张。彼得森说，那个夏天是一段普遍不安的时期。“在那个时候，每个人都在形成自己的怀疑和观点，但他们只是这样。没有确凿的证据表明存在任何不当行为——只有分析代码之间的差异，以及人们如何解释这些分析结果的问题。虽然大家都在窃窃私语，提出疑问，但能找到的答案却很少。”

渐渐地，证据开始浮出水面。该团队的一名研究生约书亚·帕廷(Joshua Patin)使用尼诺夫的Goosy代码分析了数据，并得出了与彼得森相同的结论:这些事件确实存在，但彼此之间并不相关。记录原始数据的2001年磁带已经丢失，但在计算机系统中找到了副本。Goosy生成的数万页日志数据通常每页有63到68行。记录这一发现的页面有76行，这表明在Goosy处理数据后，用文本编辑器粘贴了新的读数。当进一步检查这个所谓的发现时，很明显这是捏造的:日志显示，这台机器在5秒内处理了一个200MB的文件——比计算机的能力快得多。“这表明程序在运行过程中并没有真正分析数据，”林奇后来报告说。

2001年的衰变链是假的。那1999年的链子呢?事实证明，对旧实验的分析比较困难，因为尼诺夫独自工作，用手记录他的结果。这些记录吓坏了独立调查人员，他们称这些记录“太少了，超出了通常接受的科学研究标准”。“事实上，”委员会说，“他们发现的唯一记录包含在两张手写的纸上。7月24日，格里高利奇回去查看了1999年的原始磁带。这是除尼诺夫之外，第一次有人分析这些数据。格里高利奇的结论很明确:尼诺夫高兴地向霍夫曼报告的锁链并不存在。伯克利的118号元素从未存在过。

该团队发布了一份新闻稿，撤回了自己的指控，并写信给物理评论快报收回论文。但该杂志拒绝接受;其中一位合著者仍然坚持他的研究。

唯一持不同意见的是尼诺夫。

失误还是行为不端?

2001年10月，独立委员会公布了调查结果。

除了格雷戈里希的审查之外，调查人员还设法获得了1999年Goosy的原始文件，当时计算机在会话崩溃时自动保存记录。“这些文件显示，在维克多·尼诺夫报告之前，这些事件被修改和添加，以形成一个完整的118号元素衰变链。“鹅仔是出了名的有点古怪——也许它只是犯了个错误。但研究小组发现，“没有证据表明Goosy分析框架错误地执行了这些任务”。这就留下了一种可能。

报告总结说，我们发现了明确的证据，1999年发表的118条元素衰变链中至少有一条是捏造的，2001年的一条候选衰变链也是伪造的。

证据似乎指向了一个人。不到一周，维克多·尼诺夫就因科研不端行为接受了调查。

尼诺夫始终坚称自己是无辜的，他回答说:“我坚持我的研究的完整性和我对1999年5月数据的解释。”While he accepted the data had been modified, he argued that his computer directories were open and his password widely shared around the team: ‘It would have been possible for any of them to intentionally, or negligently, manipulate the data in these files,’ he said. ‘I have never intentionally altered, invented, fabricated, corrupted, deleted or concealed data or experimental observations, or otherwise taken any action that would result in falsifying experimental data or findings of any kind.’

幸好西博格在这之前就死了，这差点要了他的命

不当行为听证会不同意这种说法，称证据确凿。“Ninov是唯一一个在1999年进行分析的合作成员，他是同时宣布1999链和2001年最初声称的衰变链的人。如果是其他人伪造的，尼诺夫几乎肯定会发现。”

2002年，尼诺夫被劳伦斯伯克利国家实验室认定犯有科学不端行为，并被解雇。

70年来，伯克利一直是元素发现领域的领军人物。现在，它的声誉受到了质疑。物理评论快报最终接受了撤回声明。Ghiorso对《纽约时报》是钝的。“幸好西博格在这之前就死了……这差点要了他的命。”

团队中的其他人也同样感到沮丧，但对于实验室的现任负责人达琳·霍夫曼(Darleane Hoffman)和她50年前错过的两个元素来说。伯克利团队的一位匿名成员说:“当我们认为我们找到了(118号元素)时，我们为她找到了。这是达琳的风格。这比撤回声明更让我们崩溃，因为她根本没有这个能力。”

的影响

没有迹象表明，除了尼诺夫，团队中还有其他人参与了这些不当行为。即便如此，伯克利重元素研究小组还是受到了批评，因为不当行为听证会发现他们在运作中存在“令人不安的弱点”，称他们发现“令人难以置信的是，没有一个合作者检查Ninov结论的有效性”。文件的缺乏、李氏委员会忽视的建议以及丢失的数据磁带都被强调了出来。委员会还指出，霍夫曼领导下缺乏明确的领导者，职责由格里高利奇和尼诺夫分担。“我聘请了一位世界知名的专家，我们相信他能完成这项工作。《纽约时报》．没有人检查数据，因为没有人能想象发生了什么。

在达姆施塔特，霍夫曼曾担心尼诺夫可能会对110-112号元素耍同样的把戏。现在意识到伯克利的现实，霍夫曼想要确保他的团队的研究是无可非议的。随着加州事件的展开，霍夫曼找到了GSI的主管沃尔特·亨宁(Walter Henning)。“他给了我一些很好的建议:查看尼诺夫涉及的所有数据。霍夫曼让一名工作人员重新查看原始磁带。“他花了两三个小时告诉我，112号元素的第一条衰变链并不存在。然后我们开始研究所有这些公司。”

在GSI创建的34个衰变链中，有两个被操纵过，包括尼诺夫在1996年犹豫是否提供的奇怪衰变链。“原始磁带没有被篡改，但随后的打印结果却被篡改了。我们在计算机中心的帮助下找到了它们——他们做了备份，所以我们可以在尼诺夫的电脑上找到不同的版本。他一步一步地添加了其他数字，使它看起来像112的衰变链。110号的第二条链条也被操纵了:它根本不存在。”

我们犯的错误是他是唯一分析数据的人

GSI详细公布了调查结果，提到了数据中的“不一致性”。^3.然而，到那时为止，所有三种元素的发现都在尼诺夫离开后被其他团队验证和重复。德国人的发现仍然存在——这使得尼诺夫的明显行为更加令人费解。既然已经发现了一个元素，为什么还要编造数据呢?霍夫曼说:“我觉得他是在开玩笑。”“他意识到他可以操纵事情，但没人意识到。我认为对于112号元素，他做了一个很严肃的决定来操纵数据，他在伯克利也重复了这个决定。我们犯的错误是他是唯一分析数据的人。但你为什么不相信他?我们没有理由不信任他。”

Ninov丑闻——几乎与美国的另一起不当行为案件同时发生，涉及贝尔实验室工作人员Jan Hendrik Schön关于有机半导体的指控——迅速而影响深远。美国物理学会(American Physical Society)扩大了其伦理准则，并将其会议主题(通常由诺贝尔奖得主发表)献给了科学不端行为。

Shaughnessy说，伯克利大学的大多数研究人员都担心，尽管他们是无辜的，但他们将永远与丑闻有关。“这个社区很小，当你四处走动和人们交谈时，它就会跟着你走。但社区的另一个好处是它团结在一起。一旦社区意识到他在很多地方都这么做了，不只是伯克利，我们就会落入他们的圈套，他们这样做了，他们这样做了……”

肖内西加入了劳伦斯·利弗莫尔(Lawrence Livermore)的团队，后者的研究人员仍在试图证明他们与杜布纳合作创造了114号元素。这些实验室已经制定了相关程序，以确保丑闻不会再次发生。虽然团队合作制作元素，但他们分别进行数据分析，使用两种完全不同的方法来证实他们的发现。为了团结一致，格里高利奇和伯克利团队进行了他们的实验，并证实了俄罗斯的发现。社区康复了。

劳伦斯伯克利国家实验室最近成功的元素仍然是海硼。洛夫兰回到俄勒冈州立大学，继续他的研究;霍夫曼和格里高利奇已经退休;吉奥索于2010年去世，但他仍然是有史以来最成功的元素发现者。包括Shaughnessy在内的Dubna-Livermore团队被认为是五种化学元素的发现者，其中包括难以捉摸的118号元素。具有讽刺意味的是，它被命名为oganesson，以纪念Ghiorso的冷战对手。

维克多·尼诺夫(Victor Ninov)仍住在加州，在那里担任研究工程师。记者联系他，请他为本文撰稿，但他没有回复。

基特·查普曼，英国亨廷顿科学作家。一些采访之前出现在他的书中超重，由Bloomsbury Sigma出版社于2019年6月出版菲利普·鲍尔为我们评论