创造一个新元素需要什么

2016年3月23日，在一次横跨两大洲的电话会议上，一组研究人员决定了元素周期表中最新的三种元素的名称。首先，tennessine被提议为117，然后moscovium被提议为115。只有迄今为止发现的最重的元素118号元素还没有命名。“尤里，”一个声音问，“你能挂断电话吗?”

剩下的合作者随后做出了一致的决定。Yuri Oganessian将成为继美国化学家Glenn Seaborg之后第二位以他们的名字命名元素的在世的人:oganesson。

这是一个对所有参与者来说都显而易见的决定。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的核化学家马克·斯托耶尔回忆说:“我们本来打算从利弗莫尔提出这个名字，但很多地方同时提出了这个名字。”“我不知道我们是否真的提出了这个名字，但这是我们的本意。”

他们选择的原因很简单:奥加内西安不仅带领这个国际团队取得了他们的发现，他还开创了他们所使用的技术。在20世纪70年代，他发明了冷聚变——不是假设的低能核反应，而是一种产生超重元素的技术——对104-113号元素的发现至关重要。现在，他在一项名为热聚变的新技术上的专长，已经把知识的边界延伸到了元素周期表的第七行末尾。正如德州农工大学回旋加速器研究所所长Sherry Yennello所说:“他永远都是这个领域的杰出人物——他是超重元素的鼻祖。”

Flerov的继承人

Oganessian的实验室位于莫斯科以北两小时车程的杜布纳。要到达那里，需要沿着一条单车道高速公路行驶，这条高速公路穿过一片松林，经过一辆T-34坦克，这是二战中德军被拦截的地方。这是一个横跨伏尔加河的小镇，到处都是雕像、壁画和一模一样的现代主义建筑。这也是一个naukograd -俄罗斯官方的科学城之一。所以雕像包括德米特里·门捷列夫和核物理学家格奥尔基·弗莱洛夫，绘画的壁画是原子聚变和相同的建筑通往联合核研究所(Jinr)。

晋尔本身一点也不壮观。火车轨道将一群老建筑与小镇分开，唯一能显示其重要性的标志是门口的军队人员，他们拿着AK47步枪检查文件。一旦进入校园，就会看到一条整齐的街道，唯一的指示牌指向食堂的小屋。Jinr始建于1956年，与欧洲核子研究中心(Cern)竞争，拥有7个不同的原子实验室。右边第二个是奥加内辛工作了50年的Flerov实验室，门边是一堆装满液氮的杜瓦瓶。这些帽子早就遗失了;现在科学家们用锡罐当盖子。这是唯一能说明这栋楼里有五个回旋加速器的东西。沿着这条路走几百米，另一个回旋加速器正在建设中;实验室主任谢尔盖·德米特里耶夫(Sergey Dmitriev)在他的办公室里不断地设置一个网络摄像头，监控着一个清洁工在空荡荡的大厅里擦拭一块重达2000吨的磁铁的超现实景象。

Oganessian在Dmitriev隔壁工作。他的办公室很大，镶着木板，里面摆满了书籍、文件和纪念品。他目光炯炯，风度翩翩。桌子后面是他孙子的一张A3照片(“他刚刚在一场比赛中骑自行车绕曼哈顿一圈!”);在远处的角落里有一块黑板，上面画着弗莱洛夫的图表，他于1990年去世。Oganessian在它前面竖起了一块玻璃板，这样他的导师的作品就可以被保存下来。

Flerov是Oganessian成为世界超重元素领导者的原因。他最初的梦想是成为一名建筑师，1956年从莫斯科工程物理研究所毕业，差点被莫斯科原子能研究所的格什·巴德克(Gersh Budker)招募，但他的团队没有空缺。相反，弗罗罗夫招募了奥加内西安来领导在杜布纳建造U300重离子加速器的团队。“我来到了Flerov的团队，这个团队是由Flerov定义的!Oganessian回忆道。“我们不只是研究(超重元素的)性质。我们研究了核反应，相互作用，衰变类型，核裂变，阿尔法发射:核物理和化学的广泛领域。这很有趣，所以我一直坚持到现在——我仍然很感兴趣!”

超镄“战争”

创造超重元素背后的理论很简单:你把两个原子撞在一起，希望它们结合起来形成一个更大的原子。

问题是两个原子核要融合，它们正电荷之间的静电斥力必须被克服，这意味着碰撞必须发生在非常高的能量下。通常，这包括向重元素目标发射轻元素炮弹。较轻元素的高度带电离子在回旋加速器中加速——强大的磁铁推动离子在圆形轨道上达到光速的10%左右。然后，这些离子以一束(每秒数万亿离子的强度)的形式离开回旋加速器，射向目标。接下来是最难的部分。即使发生碰撞，通常两个原子核也会分裂。大多数情况下，质子间的排斥力会打败将原子核结合在一起的吸引力，整个物体会被撕裂。但在非常偶然的情况下，核力会胜出:两个原子核融合在一起，放松到基态，一个新元素就诞生了。试图制造更重的元素意味着向原子核中装入更多的质子，增加原子核破裂的几率。这可以通过使用重中子同位素来补偿; the nucleus can stabilise by shedding energetic neutrons.

最后，你必须将你产生的单个原子从大量未反应的物质和不需要的副产物中分离出来，然后把它送到探测器那里。然后，通过记录原子消失为一串较轻元素时发出的α衰变链，你就可以证明你所创造的东西。

简而言之，创建一个新元素就相当于用机枪瞄准干草堆里的一根针，希望子弹和针融合在一起，然后在弹射出来的时候抓住它，知道不到一秒钟它就会永远消失。

对于刚开始在杜布纳工作的28岁的奥加尼斯人来说，要达到这个阶段都是一个挑战:他领导的团队中没有人建造过回旋加速器。他们甚至不确定这是否是最好的方法。在美国，由西博格和阿尔伯特·吉奥索领导的劳伦斯伯克利国家实验室的研究小组正在使用线性加速器，这被认为是一种更有前途的替代方案。美国团队已经创造了8个人造元素，其中第100个是人造元素。

在奥加尼斯，弗莱洛夫找到了完美的领队。耶纳洛说:“尤里有一种神奇的能力，能让人们一起工作。”他脚踏实地，热情高涨。他解释事物的方法很高明。每次谈话结束时，你都会想“我不会那样想”。因为他太有风度了。因为他是尤里。”

1960年9月9日，第一束氮离子通过U300加速，Oganessian担任总工程师。它将成为未来十年世界上最强大的加速器。1968年，为了获得更多的束流时间，Oganessian监督建造了第二台更小的回旋加速器;这一次没有任何外界的帮助，而是结合了他自己的改进。珍开始超过美国人了。一年后，36岁的他完成了博士学位，研究方向是重离子核裂变。

当政客们在争论不休时，科学家们还在做着我们的工作。我们尽量不涉及政治。

马克·斯托耶，劳伦斯利弗莫尔国家实验室

现年83岁的Oganessian对科学的发展感到惊讶。他说:“人们每次找到答案，都取决于他们如何接受和想象这个世界。”在U300和伯克利实验之前，任何超过100号元素的东西都被认为是“禁区”，Oganessian解释道。“我对存在这么重的元素感到非常惊讶，因为直到1960年，我们都满足于基于乔治·伽莫夫(George Gamow)观点的经典模型，即(原子的)原子核就像一滴液体。但是尼尔斯·玻尔和约翰·惠勒用这个理论证明了不存在超过100的元素，这就是终结。”

到1974年，玻尔和惠勒被证明是错误的。106种以下的元素是由铀和硼、锎和氧等靶材和弹丸进行聚变合成的。但这一突破性的成就引发了冷战政治，因为美国和苏联的研究团队都声称是最先发现这一发现的。对美国人来说，104号和105号元素是钌和铪;对俄国人来说，它们是kurchatovium和nielsbohrium。

现在，104是钌，105是铷。事实上，在“战争”期间使用的名字太多了，直到1997年才被普遍接受。然而，Oganessian清楚地表明，任何敌意都只是外交官的一部分。在他的图书馆里，他收藏了许多黑白照片，其中有一张是他带着弗莱洛夫、西博格和吉奥索在杜布纳游览的照片。其他照片是他向西博格解释技术;西博格写笔记给奥加内森看。这些黑白照片显示了这场“战争”远非好斗。

劳伦斯•利弗莫尔(Lawrence Livermore)的斯托耶尔说，这就是政治的作用，有点不幸。“当政客们在苦苦思索时，科学家们还在做着我们的工作。我们试图将政治因素排除在外。

美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National laboratory)副主任詹姆斯·罗伯托(James Roberto)表示同意:“在冷战时期的前苏联和美国，我们保持着科学联系。”“这两个国家都意识到，建立联系是有用的，而科学是建立联系的工具，否则太具有挑战性了。”

Oganessian本能地知道这些联系是多么重要。正是这种与他人合作的精神，以及他对科学高于政治的叛逆的尊重，使Oganessian在超重元素的故事中迈出了下一步:冷聚变。

游击队融合

我可爱的反应，冷聚变。”Oganessian’s smile grows wider when it’s mentioned. In his office, among the papers and curios – a licence plate from the UFO research centre in Roswell sits next to numerous accolades – are tables of element decay chains, showing the isotope half-lives made possible by the technique. It was cold fusion that would move the element story onward.

Oganessian在1961年被任命为总工程师，但几乎立刻就开始反对实验室的方向。Flerov不鼓励创新，每当他的团队提出另一种方法时，他都会告诉他们“不要涉足动物学，让别人去做”。那些误入歧途的人引起了导演的愤怒:他给这些发现贴上了“游击战”的标签，对这些突破漠不关心。在弗莱洛夫看来，游击队员最糟糕的表现就是证明自己是对的。

Oganessian就是这样一个游击队员。在整个60年代，他组织了一群年轻的研究人员，探索各种各样的科学概念。现在，他有了一个无法忽视的想法。随着原子序数的增加，聚变反应的结果急剧下降。其原因是激发能量较高(40-50MeV)，增加了元件破裂的几率。为了创造新元素，激发能量需要最小，或“冷”。应该选择两个距离较近的元素，而不是用很轻的元素射击较重的元素。

当弗莱洛夫去西伯利亚探险时，奥加内西安抓住了这个机会。为了验证他的理论，他将氩-40射向铅-208，得到了费米-244，并预测它会释放4个中子，产生一种半衰期只有4毫秒的同位素。新技术生产出的fermium-246只损失了两个中子，半衰期为1.1s。最终的产量是他想象的1万倍。冷聚变发生在接近库仑势垒的能量下，这意味着形成的原子核的激发能量比以前使用的任何技术都低2-3倍。

奥加内西安一回来就把他的发现报告给弗莱洛夫。起初，他的导师显得不屑一顾——这是一个成功的游击队员通常的命运。只有当苏联科学院的总统访问Jinr时，Flerov才指着Oganessian说:“他生产了数万种超suranes。总统意识到这意味着什么，在Oganessian的脸颊上亲了一下。

金尔的记录称这个吻是他“对违抗命令的奖励”。实际的奖励是新元素。到1996年，在与位于德国达姆施塔特的亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)的团队合作下，冷聚变导致了107到112号元素的发现。20年后，随着113号元素(现在被称为nihonium)的发现，冷核聚变将告别历史，这一发现由Kosuke Morita领导的研究小组在日本Wako的日化加速器科学中心发现。日本的研究始于2003年，用锌离子轰击铋。

到2005年4月，他们只发现了113号元素两次，不足以证明它的存在。森田说，在过去七年多的时间里，我们一直在寻找。我们只是再也没有看到其他事件。我不准备放弃。”He didn’t: the Japanese team finally saw a third event, enough to satisfy the requirement for a confirmed discovery, in August 2012. ‘The probability of an event was low, but finite,’ explains Hideto En’yo, director of the Nishina Centre. ‘The team knew it would come, because they had it twice in two years. The difficulty was they did not know when it would come.’

有限的产量证明冷聚变的时代已经结束。“它变得多余了，”奥加尼斯叹道。“是的，它可以制造重元素。但不是超重的，因为它们需要更多的中子。没有机会，没有中子。铅的中子含量比超铀元素低。”

当理研所看到第一个事件时，Oganessian和他的合作者已经转向了一种新技术。通过热聚变，俄罗斯和美国的一个联合团队即将把元素周期表的边界推向极限。

第二部分:发现链

在Oganessian办公室楼下的地板上，有一台U400M加速器，一天24小时运转。这是一个庞然大物:一个巨大的两层回旋加速器，不断发出嗡嗡声，随着压力的释放，它的光束线发出嘶嘶声。霜在某些地方聚集，露出里面的液氮。主束线延伸到一个巨大的密封室，里面存放着高放射性目标。它的核心是一块2100吨重的磁铁，由15米厚的轧制金属板在一台专门建造的机床上制成，有11条束流线。它发射重离子束，能量高达270MeV /核子，强度为6 × 10¹²每秒离子数。当目标被击中时，它会在不到1µs的时间内通过充气反冲分离器到达探测器，这意味着它只能探测半衰期比半衰期长一些的同位素。

“我们小组在回旋加速器上的主要任务是研究超重元素的化学，这是一个极具挑战性的基本问题，”弗罗罗夫实验室放射化学小组负责人尼古拉·阿克塞诺夫(Nikolay Aksenov)解释道，他的声音在机械嗡嗡声中提高了。“这些实验非常昂贵。但你需要更多的投资。不仅是对实验和设备的投资，还有对用于我们的目标和钙48的独特同位素生产的投资。”

这一费用是因为尖端的超重发现使用了钙-48，一种异常富含中子的弹丸。“天然钙是一种不好的同位素，”Oganessian解释道。“它有20个质子，20个中子。但在天然钙中，大约0.19%是钙-48，它有20个质子和28个中子。非常贵，贵得吓人。一克钙-48的价格为20万美元(16万英镑)。”During operation, the accelerator uses 0.5mg an hour, with experiments running for weeks at a time.

考虑到成本，一个显而易见的问题是，为什么要资助这项研究。实验室主任谢尔盖·德米特里耶夫(Sergey Dmitriev)大声喊着，盖过房间里的噪音，清楚地说出了答案。“这是一个基本的问题——元素周期表的边界在哪里?”我们不知道最重的元素是如何形成的。原子核的边界在哪里?”

梁中的岛屿

解决这些基本问题的合作始于1989年，当时Lawrence Livermore的Ken Hulet在一次会议上遇到了Flerov。斯托耶尔解释说，两位核物理学家都面临着问题。“当时，利弗莫尔的人们在获取波束时间方面遇到了困难，俄罗斯的人们需要一些探测器、计算机、电子设备等方面的技术帮助。所以他们决定合作。”

弗莱洛夫那时已经辞去了核反应实验室主任的职务，奥加内西安被任命为他的继任者。Oganessian还成为了苏联科学院的成员。在他当选的前一晚，Flerov给学院成员发了一封信:“重离子物理学在美国、德国、英国和法国正在迅速发展。我们不仅要坚守阵地，而且要巩固阵地。想到我将把重离子物理学的全部复杂工作托付给谁，我毫不犹豫地宣布我的弟子尤里·索拉科维奇·奥加内辛的名字。他是一位杰出的物理学家和实验家，他的工作具有独创性，能够从意想不到的方面解决问题，并获得最终的结果。”

一年后，Flerov去世了，但Oganessian确保了与利弗莫尔团队的合作继续下去。最初，他们在尚未命名的108号元素上做实验。但研究小组真正的目标是114号元素和稳定岛。

我们必须改进我们的技术。我们必须改进我们的探测器。我们必须改进我们的分离器。我们必须改进光束强度。

马克stoye

稳定之岛。En ' yo称之为“核物理学家的梦想”。还有人说，这是最大的收获，可以彻底改变能源或改变战争的面貌。该理论最早于20世纪60年代提出，认为存在一个区域，在那里，某些质子和中子组成的原子核比其他同位素更稳定，扭转了原子核不稳定性增加的趋势。伽莫夫认为，原子核中的质子和中子并不像一滴液体，而是充满了“壳层”，类似于原子中的电子。充满壳层的同位素应该会更加稳定。其目的是用“神奇数量”的质子或中子撞击同位素。“有了这些神奇的数字，我们就有了更多的约束力，”Oganessian解释道。“第一个不是很稳定，但比它的邻居更稳定，是108 - hasum，有162个中子。但再往上，到114号元素，有184个中子，这是一个更稳定的区域。”

更稳定的区域意味着同位素的半衰期更长。一个原子不是在一瞬间消失，而是可以存在一千年，让科学家们可以用它做实验，甚至可以在前所未有的核反应中利用它的能量。Oganessian说:“稳定岛是我们实验的指路明灯。”但直到90年代末，所有的尝试都以失败告终。要做到这一点，你必须合成一个中子密度很高的原子核。”

1998年，该团队决定再次尝试合成114号元素。斯托耶被招募，加入他的妻子南希，约翰怀尔德，肯穆迪和罗恩Lougheed从利弗莫尔;胡雷特后来退休了。斯托耶回忆说:“我们做的第一个实验是钙-48加钚-244。”“那个实验过去一直在进行，但什么也没发现。所以我们必须改进我们的技术。我们必须改进我们的探测器。我们必须改进我们的分离器。我们必须改进光束强度。我们还有很多需要改进的地方。”

Stoyer深情地描述了他第一次拜访Jinr的情景。自1998年以来，情况没有太大变化;还是一样的。我们坐在那里，然后被叫到尤里的办公室去拜访他。他是一个相当有条理，有点冷静，安静的人。你得多听几句，然后你就能听到要点:他通常心里已经有了他想和你谈的话题。”

遗憾的是，斯托耶错过了团队的突破。他说，我是1998年11月去的。一个月后，也就是1998年12月，我妻子也去了。我们喜欢开玩笑，因为这中间是第一次观测到的时间。”

研究小组成功制造了114号元素;他们制造的同位素不在岛的中心，但也足以证明它的存在。奥加内辛说:“如果没有稳定性，它的半衰期就只有10年。^-19年秒。在这么短的时间内谈论一个元素是没有意义的，你无法检测到它。但我们看到的效果是秒的衰减——高出19个数量级。这很奇怪。衰变释放出一个阿尔法粒子，并转化为112，半衰期为分钟。”

斯托耶尔回忆说，俄罗斯人非常热衷于宣布。“这是一条衰变链。我们仍在进行分析，但最终我们同意了。有一些小的差异，我们能够整理出来，但我记得那是一个非常忙碌的圣诞节和新年，因为我们疯狂地工作，试图分析数据，他们就像“我们想宣布!“‘

现在确信他们的技术，热聚变，是成功的，团队转移到116号元素。斯托耶尔说:“我们的计划是进行调查，试图寻找这个稳定性增强的地区。”“我们先做了114实验，然后进行了116实验，因为偶数原子序数元素比奇数原子序数元素更容易制造和观察。我们把目标改成了curium。”

这个团队又一次取得了成功。但这一次，他们并不孤单。来自伯克利的一个由维克多·尼诺夫领导的竞争团队也声称他们发现了116号元素。更重要的是，伯克利小组报告发现了118号元素的证据。

尼诺夫诈骗案

尼诺夫从德国的GSI来到伯克利，在那里他已经参与了110-112号元素的发现。伯克利团队使用冷聚变实验，向铅发射氪。Ninov在该领域备受尊敬，他使用GSI的软件处理结果;作为伯克利分校唯一熟悉它的人，他被派去全权负责分析。

尼诺夫在两张黄纸上写下了他的结果，他声称118号元素有三个实例，116号元素是衰变链的一部分。研究小组将他们的研究结果发表在物理评论快报．这似乎是超重元素发现史上最伟大的突破。事实上，这是科学界最大的骗局之一。

幸好西博格在这之前就死了，否则他会死的。

Albert Ghiorso，劳伦斯伯克利国家实验室

伯克利大学的研究结果很快就引起了争议。GSI和理化研究所的科学家无法证实这一结果。当伯克利再次进行实验时，没有发现难以捉摸的118号。一项内部调查检查了设备，但在这一点上，没有人认为欺诈。2001年，尼诺夫声称又发现了118颗。这一次，他的数据被分析了:没有任何迹象表明他说他发现了什么。回顾最初的发现，原始数据中也没有118的迹象。

经过多次调查，很明显，这些记录被修改了，以创造出据称显示118号元素的事件。至少有一条原始链也被用尼诺夫的账户修改过。尽管尼诺夫矢口否认，但他还是被解雇了。到那时，团队的其他成员已经收回了这一说法。

吉奥索对这一情节的评价《纽约时报》他直言不讳地说:“西博格在这之前去世是件好事，因为他本来是合著者之一。这差点要了他的命。”

尼诺夫的骗局暴露了，寻找元素的行动又开始了。斯托耶尔回忆道:“维克多·尼诺夫(Victor Ninov)， 118号的东西，就在我们正在经历114号和116号的时候问世了，我们试图获得赞誉。”“这是球场上的耻辱。但它突出了我们的方法，我们的合作是如何处理这种事情的。数据在杜布纳采集，但在杜布纳和利弗莫尔进行分析。它由不同的代码，不同的人进行分析，相互检查和交叉检查。所以我们在分析中有一定程度的质量控制。我们可以对Iupac说:“嘿!我们有很多人用不同的代码来研究这个问题，却得出了相同的答案!”这让你对最终结果更有信心。”

Oganessian对接下来发生的事情的描述听起来很简单:“我们做了114个。我们得到了116和118。它们表现出很高的稳定性。然后我们讲了奇数同位素。它们也表现出很高的稳定性。所以，一步一步地，我们从110到118。现实情况要复杂得多。钙-48被证明是完美的光束，但118号元素因为目标的原因是个挑战。斯托耶说:“我们使用的是california -249。”从辐射处理的角度来看，甲烷和锫可能是最棘手的目标。

在21世纪初，该团队还用镅制造了115号元素，并看到它衰变为113号元素。Oganessian催促团队发表文章。斯托耶回忆说:“当时我正在休假，我记得当时我对自己说，‘我们为什么这么匆忙，为什么我们做得这么快?没有其他人在做这个实验。”大约六个月后，日本的结果出来了。

当时，无论是俄罗斯、美国还是日本的尝试都不足以让Iupac相信113号或115号元素已经被发现。两支团队都需要更多的数据。因此，当理研所继续进行冷聚变研究时，俄美团队将目光投向了117号元素——他们预测这种元素会衰变成115号和113号元素。

只有一个问题:要用钙-48制造117，研究小组需要锫。世界上唯一制造锫的地方是位于美国田纳西州橡树岭国家实验室的高通量同位素反应堆。

乔·汉密尔顿的田纳西稳住他们

约瑟夫·汉密尔顿(Joseph Hamilton)是纳什维尔范德比尔特大学(Vanderbilt University)的教授，也是Oganessian的长期合作者。到2005年，他们已经在一起工作了20年，共同发表了200多篇论文。当Jinr-Livermore团队需要锫时，Oganessian拜访了他的朋友，他也是橡树岭附近的一位杰出研究员。正是这次访问使他称汉密尔顿为“117个孩子的父亲”。

汉密尔顿说，2005年他来找我，我们一起去和高通量反应堆的人交谈。他们说，获得锫的唯一经济方式是借助一家商业公司订购的钙-252，因为锫-249是一种副产品。他们说:“我们没有加利福尼亚的订单，也没有立即收到订单的期望。”

这是一次挫折，但汉密尔顿并不打算放弃。在接下来的三年里，我每三个月给他们打一次电话。我打电话给高通量同位素反应堆的科学家，问他们是否有加利福尼亚的订单。汉密尔顿的坚韧是这个团队的传奇，斯托耶尔说:“他每个月都来敲门:‘我们能弄到锫吗?我们能得到锫吗?“‘

2008年，橡树岭最终证实他们将生产加州。一个偶然的机会，下个月汉密尔顿正在庆祝他在范德比尔特工作50周年，并为他安排了一场研讨会。Oganessian和橡树岭当时的副主任James Roberto都将在纳什维尔参加庆祝活动。他回忆道:“我在午宴上把他们俩撮合到了一起，尤里让吉姆相信我们需要合作。”

这是罗伯托第一次遇到奥加内辛。他说，我印象非常深刻。“我确信，基于已经完成的工作，117的合成是可能的。这个实验的科学价值也给我留下了深刻的印象。我确信这是一个值得研究的科学问题。”

到目前为止，目标是117的团队已经扩大到包括劳伦斯利弗莫尔和田纳西大学。但事实证明，锫是一个困难的目标，需要在实验前两年开始生产。罗伯托解释说:“我们必须商定一个时间表，在这个时间表下，我们可以生产锫，并与杜布纳的加速器和束流的可用性保持一致。”“在我们的反应堆里花了一年多一点的时间(得到锫)，然后在我们的热电池里进行了几个月的化学处理，以提纯它。在这一点上，时钟开始滴答作响。”

紧急的原因是锫的半衰期只有310天。小产量——橡树岭团队只生产了22毫克——意味着必须将目标赶到Jinr进行实验。如果出了什么差错，这个队就会失去机会。

罗伯托形容那段时间“忙乱”。“但实际上效果非常好。当你想到所有必须工作的东西，净化，反应堆，加速器，运输过程的细节，所有这些都必须工作得很好，以最大限度地提高实验成功的可能性。我们当时所处的环境，一切都很好。”

研究小组用钙-48轰击锫，又一次成功地制造出了一种新元素。更棒的是，正如预测的那样，117的阿尔法衰变产生了115。114号和116号的发现已经得到了Iupac的证实。现在，研究小组不得不等待小组对他们其他发现的审议。

2015年12月，结果公布。Jinr和Livermore发现了118个;橡树岭大学将被加入117号和115号的发现名单中(范德比尔特大学和田纳西大学在一次疏忽中被排除在外，后来被纠正)。然而，113号元素将被授予理研。

德米特里耶夫很宽宏大量。“在6个新元素中，Iupac为我们学院认可了5个。我们很高兴，我们的日本同事花了10年时间合成了三个原子核。森田教授是我们的好朋友，他在我们实验室工作了很多年。他是我们的学生，所以对我们来说不是问题!”

几个月后，团队开会决定可能的名字。但Oganessian已经在考虑下一步了。他帮助完成了元素周期表的第七行，并确定了稳定之岛。现在，Oganessian的思绪转向了三个问题。这个团队能生产出119号或120号元素吗?他们能击中稳定岛的中心吗?他们能在自然界中找到超重元素吗?

第三部分:向未来让步

“118号元素是我们能用钙-48合成的最后一种元素，”德米特里耶夫说。“没有人能用高通量反应堆生产出达到目标所需数量的铁或爱因斯坦。所以我们需要增加抛射物的原子序数。作为第一步，我们想使用钛-50。它多了两个质子但中子的数量和钙-48相同。复合核的稳定性会降低，截面(聚变概率)至少降低一个数量级。当我们产生118个细胞核时，我们一个月产生一个细胞核。如果再少一个数量级，就是每10个月一个原子核。我们还没富到能花那么多时间在回旋加速器上!”

与以往一样，任何实验都需要在加速器上花费时间，而且对设备使用时间的要求很高。来自世界各地的参赛队伍提交参赛方案，横梁时间提前几个月预定。德米特里耶夫解释说，如果元素周期表要扩展到第八行，就需要目前正在建造的更高效的新型加速器。目前，只有磁铁还在。它看起来像建筑工地中间的一块金属，一个巨大的圆形平台，上面覆盖着透明塑料布。其他部分正在清洗中——用一升又一升的丙酮喷洒。明年，这些像拼图一样现场组装在一起，将形成世界上最先进的加速器。

这些设备几乎没能送到晋尔。磁铁是在2014年危机开始时在乌克兰制造的。该部件由火车通过冲突地区运往俄罗斯，Jinr公司的科学家在与制造商联系时听到了枪声和爆炸声。考虑到它的历史，Oganessian亲切地拍着磁铁，对它提供的可能性感到兴奋也就不足为奇了。

Oganessian说:“这比现有的U400核心强大10倍。”“强度将是现在的10倍，如果一切顺利的话，我们希望明年就能制造出光束。””The new facility – the Superheavy Element Factory – will also have a separator at least twice as efficient as the current set-up. This efficiency could lead to the discovery of elements 119 and 120, the higher yield compensating for the decreased production expected with the titanium-50 beam.

罗伯托也同样热情高涨。他说:“当我们把所有的改进都落实到位时，新的加速器应该能让我们的发现潜力达到现在的100倍。”“这意味着我们可以处理更小的截面，我认为这是达到119和120的绝佳机会。”我感到很兴奋。只是它来得不够快。”

Jinr和它的美国合作者并不是唯一一个寻找新元素的人:理化研究所已经准备用一种新的充气分离器进行实验，并转向锕系元素目标。恩约说:“冷聚变已经不实用了。”“我们将使用curium靶和钒或铬梁。我们使用线性加速器，而不是回旋加速器来发现超重元素。”

由于没有足够的资金，理研小组在2015年被推迟了——福岛事件导致他们的电费账单超出了预算。现在，这支队伍又回到了正轨。恩约说:“我们今年获得了补充资金，通过安装强大的离子源进行升级，并用超导腔替换一些空腔。”“这将使光束强度增加五倍:我们将有五倍的机会发现新元素。”

斯托耶将两组之间的竞争描述为“友好竞赛”。他说，该领域将继续向前发展。如果你回顾一下元素发现的历史，大约每十年发现三种元素，而且这一速度并没有放缓。在我看来，我毫不怀疑我们会在未来两到四年，也许五年，找到119和120个。我打赌是5年。”

恩尤认为时间可以更长。虽然119和120是可以达到的，但它们是在当前技术的极限。它可能在一年内被发现，但也可能更长。目前最好的估计是5到10年。

对超重元素的探索从未如此活跃过。德州农工大学回旋加速器研究所的核物理学家Sherry Yennello将其解释为物理学中的驱动力。“我们想知道未知的东西，”她热情地说。“有结局吗?”它教会了我们关于内在本质的什么?我们得找找看。如果我们能做到，就应该试一试。这关乎我们如何生存。”

岛漏斗

扩充元素周期表只是新加速器提供的一部分机会。没有人知道这张桌子的尽头会是什么——理查德·费曼认为是137张，其他人认为是172张。目前尚不清楚是否还有另一个稳定的岛屿。同样，预测也各不相同:2008年，Oganessian自己提出在164号元素附近有第二个岛屿。他说，这是一个非常好的问题，这个岛屿是否是最后一个。“问题仍然是关于两种力的相互作用:具有吸引力的核力和具有排斥力的库仑力。当你达到更高的状态时，核力真的能补偿吗?他们可能。今天的问题是原子核的大小:如果它膨胀一点点，我们就有机会上升到下一个。人们对142号元素，228号中子提出了大胆的理论。 It seems to me that such an estimate might exist. But the question is still open.’

这个问题仍然是关于核力和库仑力的相互作用。当你达到更高的状态时，核力真的能补偿吗?

Yuri Oganessian, Jinr报道

鉴于这种不确定性，人们的注意力转向已知的稳定岛，即114号元素附近，也就不足为奇了。汉密尔顿热衷于指出其实际应用。当西博格和他的团队发现加州252时，他们用它制造了几个原子。然后他们发现了一种用高通量反应堆制造毫克和克的方法，而california -252成为了一个非常热门的商业话题，因为它是一种非常紧凑的能量和中子来源。它被用作第一批太空探测器的能源。我们现在只制造了几个(最新的超重元素)原子，但如果我们能到达稳定岛，我们就有更长寿的同位素，所以你可以储存这些物质。”

在这一探索过程中，新的参与者带着解决问题的新方法来了。美国密歇根州立大学目前正在建设其稀有同位素束设施，Witold Nazarewicz是该设施的首席科学家。该设施使用线性加速器，并计划将光束加速到光速的一半，以制造自然界中很少出现的富含中子的元素同位素。该设施将耗资7.3亿美元，将于2022年全面投入使用。

拿撒列维奇也在寻找稳定之岛。“困难在于我们不知道如何找到这个圣杯。有许多稳定的光束和目标——物理学家仍在讨论最佳反应。事实是，我们没有足够亮度的裂变理论模型来进行预测。”

En 'yo表示同意。“到岛上的路还不清楚。这条路并不简单:我们只能通过核物理知识的积累、实验技术和加速器的改进来实现。德米特里耶夫说，即使到达了该岛，证明它也将是一个挑战。他说:“好吧，化学可以分离出114，没问题。”“可是你怎么说是114?”你需要阿尔法衰变。”

这是该岛固有的问题。证明一种元素已经产生的唯一方法是监测它的α衰变为更小的元素。目前，已产生的最重元素的最稳定同位素是氟锇-289，持续时间约2.6秒。如果氟元素298(预计是这个岛的中心)被合成，它的半衰期将是数千年:太长了，在实验环境中无法显示衰变。德米特里耶夫解释说:“如果半衰期是1000年，你需要至少100万个原子核才能每天看到一次衰变。”我们什么时候能到达一个高度来证明我们找到了那个岛?“10-20年，我想!””

Oganessian说，超重超重元素的化学研究还有其他更令人兴奋的前景。弗罗罗夫实验室的工作产生了一个非常显著的结果，需要进一步探索:118号元素是周期性的终结吗?

元素周期表的崩溃

远离主加速器的地方有一个小房间。这是真正的Flerov实验室:沿着一条布满灰尘的长走廊走下去，走廊上有开裂的瓷砖和夸张地旋转着的警报器;经过传统的化学实验室，上到建筑的顶层，在阴暗的内部竖井中悬挂着一个小金属平台。在这里，来自瑞士Paul Scherrer研究所的一个来访团队已经开始了他们的实验。

站台很狭窄;团队带来了半吨的设备，在这里和楼下的房间里。他们在这里是为了光束时间——这是一种溢价，因为世界上很少有设备能够运行他们的实验。他们试图充分利用这一个月的时间，利用每一分钟来获取尽可能多的数据。在最后一天的凌晨5点，也就是他们的光束时间结束前3个小时，设备出现故障，组长罗伯特·埃奇勒(Robert Eichler)冒着杜布纳零下的气温，从床上爬起来进行维修。对化学家来说，什么会如此重要?

“你可能会学到元素周期表的坍塌，”艾希勒简单地回答。

Oganessian解释说，Jinr的工作意味着超重元素可以以足够大的数量产生，并且有足够长的半衰期来研究它们的化学性质。“现在的问题是关于化学性质的。它们遵循周期性吗?例如，112号元素是汞的同源物吗?114号元素是铅的同系物吗?”

如果oganesson不是惰性的，如果它是反应性的，那么它已经发生了:它是周期性的结束!

尤里领导

经典理论——用来构建元素周期表的理论——会给出肯定的答案。但是当你增加原子核的电荷时，相对论效应就开始发挥作用了，Oganessian解释道。电子获得速度并接近光速。“如果它接近光速，质量就会增加——这是一种相对论效应，但我们没有考虑到这一点。”

当然，相对论效应已经出现在元素周期表中:它们解释了为什么汞是液体，为什么黄金是金色的。但是，Oganessian认为，可能会有一个点，相对论效应如此明显，以至于元素不再遵循它们所处时期的趋势。“118怎么样?””Oganessian asks. ‘Is it a noble gas or not? Chemists would say “It would be a noble gas!” But if it is not inert, if it is reactive, then it’s already happened: it’s the end of periodicity!’

Eichler的团队与Aksenov和Jinr的同事合作，正在努力通过实验证明这一点。自20世纪90年代以来，他们一直与Jinr合作，Eichler的父亲是一名东德化学家，在该机构工作，他的童年在杜布纳度过。阿克谢诺夫开玩笑说，埃希勒如此成功的原因是他的心态是一半德国人，一半俄罗斯人。

实验很简单。埃奇勒解释说，这是必然的。“对于单个原子，化学成分是如此多样化，你可能会失败，什么也观察不到。我们无法用单个原子进行复杂的实验，答案必须是“是”或“否”，它是和什么东西反应，还是没有反应?”

研究小组正在研究哥白尼和氟罗维。原子被捕捉在石英室中，然后通过聚四氟乙烯毛细管冲到探测器。“在这里，有两个阿尔法辐射探测器在一个阵列中相互观察——有32个。历史上，探测器都是镀金的。现在，硒——特别是红硒——被使用。涂层必须是粉薄的，这样探测器才能正常工作。埃奇勒解释说:“如果你看看12族，所有的元素在自然界中都是以硫化物或硒化物的形式存在的，所以它们是非常稳定的化合物。”气流穿过通道。“有一个温度梯度，如果你有一个原子与表面反应的温度，它们就有很大的机会停留在那里。”

正是这些元素周期表的知识构成了实验的基础。由于其他12族元素与硒形成了稳定的键，研究小组预计哥白尼也会这样做。唯一的问题是哥白菌在硒上沉积的温度。已经做了推断基团趋势和计算预期温度的工作。阿克塞诺夫解释说:“知道这是一个直线趋势，我们就可以计算升华焓。”知道了这一点，我们就能计算出这种化合物的生成焓，热力学值

研究小组指出，他们的理论预测非常精确。现在，艾希勒有了实验数据。它显示哥白尼在- 20°C时与硒形成键，而在- 90°C时与氟形成键——就像相对论效应影响着基团的趋势一样。如果Oganessian是正确的，118号元素可能是有意义的元素分组的终结:超重元素的化学性质不再符合化学家们使用了100多年的模式。目前，艾希勒的实验证明了这一理论的正确性。而且，随着新加速器产生更大量的116和118，他很快就能通过化学反应来证明这一点。

阿克塞诺夫说，这种化学反应还证明了其他一些东西。也许我们一直在错误的地方寻找超重元素。

来自太空的信使

阿克谢诺夫说:“在苏联，为了在自然界中发现这些(超重)元素，进行了大规模的探险。”“他们试图根据他们认为自己知道的属性来找到它们，因为这是外推法。他们试图在许多地球物质、陨石、宇宙射线中找到它们。”

但晋尔实验室的化学家已经证明，在室温下，超重元素是易挥发的，所以这些探索是浪费时间。如果地球上存在超重元素，它们应该在两极，以宇宙射线的形式下落，并被困在零下120°C的冰中。阿克谢诺夫说，他经常被问到的第一个问题是，它们的数量是否足够实际使用:是一座解决能源危机的哥白尼核电站，还是一颗可以夷平一座城市的原子弹。他对这个想法嗤之以鼻。“不。这根本不可能。因为它的半衰期。”

陨石就像一个飞行实验室:对于探测超重物质来说，它们是理想的。

尤里领导

Oganessian认为，这就是寻找超重元素的真正问题所在。即使在稳定岛的中心，理论上最长的半衰期也是一千年。他说:“地球和太阳系已经存在了45亿年。”“如果你有十亿年的同位素，那就没问题。否则，元素就没有了。

比起在两极寻找宇宙射线，Oganessian有一个更好的想法:陨石。他今天的最后一次会面是和一个能帮助他实现这一抱负的人。理查德·胡佛退休前一直是位于美国亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的天体生物学负责人。现在他是英国白金汉大学的教授。这两个人正在观察宇宙。

“我们的兴趣是陨石，”Oganessian解释道。“它们就像一个飞行实验室:用于探测超重物体，它们是理想的。”它们已经飞行了数百万年，你可以用探测器来检查它们。在我们的例子中，探测器是橄榄石[一种镁铁硅酸盐矿物]。在橄榄石中，如果一个重原子核穿过它，它就会留下一条轨迹。这条轨迹可以在显微镜下显示。轨道的长度取决于原子序数:你有一个可以校准的光谱。如果你找到了比铀更重的东西……”奥甘西安的笑容更灿烂了，他眼中的光芒又回来了。

“这是一个非常令人兴奋的可能性，”胡佛表示赞同。它们是来自太空的信使，里面含有46亿年前的钻石和橄榄石晶体。一块巨大的橄榄石晶体(一种含有铁和橄榄石的陨石)在太空中存在了1亿年，就像一台照相机。但这不是一分钟的曝光，而是经过它1亿年的元素的曝光。”

两人继续协商。他们刚认识不久，就像一辈子的朋友一样聊天。Oganessian将人们聚集在一起的独特技能意味着他已经找到了下一个合作者。寻找自然界中超重元素的工作又开始了。

目前，这些下一步措施尚未实现。但是118号元素，oganesson，可能是这些基本问题的答案。几个月前，Oganessian的朋友和同事们在电话会议上决定了元素的名称，从那时起，超重科学家们已经取得了很大进展。但这位物理学家如何看待这一荣誉呢?在元素周期表上，与冷战巨人——以及他的同事——西博格和弗莱洛夫并列，成为不朽的人物，是什么感觉?

“很难说，”奥加内辛说，他一时激动得喘不过气来。“因为这是由我的合作者提出的，这对我来说是一种荣誉，但想表达意见的是我的朋友和同事。”我只是在看，在想还有很多事情要做，即使是这个元素。这还不是故事的结尾。”

提交人要感谢Alexander Madumarov抽出时间和热情接待。