

两个国际团队正在竞相创造宇宙中最重的元素。超重元素是元素周期表底部的元素,其原子序数(质子数)大于104。此前最重的元素,暂命名为鿫(ununoctium),于2002年被“发现”,现在这两个团队正试图制造119号和120号元素。
奥斯陆大学核化学教授Jon Petter Omtvedt正与来自西欧、日本和美国的科学家合作,在德国重离子研究中心(GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung)进行实验。另一支团队则由俄罗斯和美国科学家组成,在俄罗斯杜布纳的联合核研究所(Joint Institute for Nuclear Research)开展工作。Omtvedt说:“竞争非常激烈。超重元素极不稳定,非常难以创造。这就像在太空中寻找未知的东西。”
制造出单个新元素原子不足以被认定为发现了新元素。结果需要被重复验证。“在另一个实验室成功复制实验之前,没有人会获得任何认可。最坏的情况下,可能需要几十年才能验证实验,”Omtvedt说。超重元素的重量越大,其产生的难度越大,并且保持完整的时间越短。在首次发现时,106号元素的一个原子可以在一小时内被创造出来,而该原子会在20秒内衰变成较轻的元素。118号元素的一个原子可能需要一个月才能创造出来,其半衰期(一半原子衰变所需的时间)仅为1.8毫秒。
两周前,田纳西州橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的核物理学家创造了20毫克的放射性极强的锎(berkelium)元素。每个争夺创造119号元素的团队都获得了10毫克的锎。他们将用钛原子束轰击一张附有锎原子的金属板。各团队的日程都很紧张。锎的半衰期只有320天,一旦320天过去,他们样品的一半就会衰变成其他元素。Omtvedt说:“要制造出高强度的钛束非常困难。为了实现这一点,我们有一些秘诀,不会与他人分享。”
制造超重原子的基本原理很简单:将一个元素的原子撞击另一个元素的原子,它们的质子会相加形成一个新元素。钛的22个质子将与锎的97个质子结合,形成一个拥有119个质子的原子,即119号元素的一个原子。然而,大多数情况下,原子会碰撞并破碎或部分损坏。但极少数情况下,“每月不到一次,”质子会碰撞形成一个完整的原子。检测这种罕见的事件是一项挑战。Omtvedt说:“你必须在一块每秒发生超过10万个无关事件的金属板上检测到这一个原子。”检测新原子的唯一方法是观察它在衰变时发出的放射性辐射。在发现新元素之前,它已经不复存在了。
Omtvedt说:“我们正工作在实验可能性的最前沿。为了研究最重的元素,我们必须将现有技术发挥到极致,甚至还要再往前一点。”