Die Stimmung auf Schloss Bäckaskog in Südschweden hätte optimistisch sein sollen, als sich Chemiker und Physiker dort im Mai 2016 zu einem Symposium trafen. Das von der Nobel-Stiftung gesponserte Treffen bot den Forschern die Möglichkeit, eine Bilanz der weltweiten Bemühungen zu ziehen, die Grenzen der Kernwissenschaft auszuloten, und vier neue Elemente zu feiern, die sie einige Monate zuvor dem Periodensystem hinzugefügt hatten. Die Namen der Elemente sollten in wenigen Tagen bekannt gegeben werden, eine große Ehre für die Forscher und Länder, die für die Entdeckungen verantwortlich sind.
Obwohl viele auf dem Treffen von der Entwicklung ihres Fachgebiets begeistert waren – und von den Schlagzeilen, die es erzeugte -, war eine bedeutende Anzahl besorgt. Sie befürchteten, dass es Fehler im Prozess der Bewertung von Behauptungen über neue Elemente gab, und waren besorgt, dass die Überprüfungen der jüngsten Entdeckungen zu kurz gekommen waren. Einige waren der Meinung, es gäbe nicht genug Beweise, um die Aufnahme der umstrittensten Elemente, der Nummern 115 und 117, zu rechtfertigen. Die wissenschaftliche Integrität des Periodensystems stand auf dem Spiel.
Gegen Ende der Sitzung bat ein Wissenschaftler um ein Handzeichen, ob die Namen der Elemente wie geplant bekannt gegeben werden sollten oder nicht. Die Frage zeigte, wie groß die Besorgnis unter den Anwesenden war. Die meisten Forscher stimmten dafür, die Bekanntgabe zu verschieben, sagt Walter Loveland, ein Kernchemiker an der Oregon State University in Corvallis. Und das löste eine bemerkenswerte Reaktion von einigen der russischen Wissenschaftler aus, die die Bemühungen geleitet hatten, die zu drei der Elemente führten. „Sie stampften einfach mit den Füßen auf und gingen hinaus“, sagt Loveland. „
Trotz der Bedenken wurden die Namen der Elemente kurz darauf bekannt gegeben. Nihonium (Ordnungszahl 113), Moscovium (115), Tennessin (117) und Oganesson (118) gesellten sich zu den 114 zuvor entdeckten Elementen als dauerhafte Ergänzungen zum Periodensystem. Fast 150 Jahre nachdem Dmitri Mendelejew von dieser Organisationsstruktur träumte, war die siebte Reihe des Periodensystems offiziell komplett.
Doch die Art und Weise, wie sich die Ereignisse abspielten, verärgerte einige Forscher zutiefst. Claes Fahlander, ein Kernphysiker an der Universität Lund in Schweden, erwartet, dass experimentelle Ergebnisse die Behauptungen für Moscovium und Tennessine letztendlich unterstützen werden. Dennoch behauptet er, dass es „verfrüht“ war, die Elemente zuzulassen. „Wir sind Wissenschaftler“, sagt er. „Wir glauben nicht – wir wollen Beweise sehen.“
Während sich die Welt darauf vorbereitet, 2019 das Internationale Jahr des Periodensystems zu feiern, hat die Debatte über die vier Ergänzungen Reformen des Prozesses zur Verifizierung anderer neuer Elemente in der Zukunft erzwungen. Und die Kontroverse hat eine Wolke der Ungewissheit über die untere Reihe der Elemente geworfen: Es ist möglich, dass die Leitungsgremien des Periodensystems einige der neuesten Entdeckungen neu bewerten.
Ein Teil der Kontroverse rührt von einer Kluft zwischen einigen Chemikern und Physikern darüber her, wer die legitimen Hüter des Periodensystems sein sollten. Chemiker haben diese Rolle historisch besetzt, weil sie die natürlich vorkommenden Elemente durch chemische Techniken in jahrhundertelanger Arbeit entdeckt haben.
In den letzten Jahrzehnten haben jedoch Kernphysiker die Jagd nach neuen Elementen angeführt – sie erzeugen sie künstlich, indem sie Atomkerne in Targets zerschlagen (siehe „Wie man ein Element erzeugt“). Es kann Jahre dauern, nur ein einziges Atom dieser superschweren Elemente herzustellen, die zudem notorisch instabil sind und durch radioaktiven Zerfall manchmal in Bruchteilen von Sekunden zerfallen. In dem Maße, in dem Gruppen darum wetteifern, als erste die nächsten Elemente zu erschaffen, ist es schwieriger geworden, den Beweis für ihre Entdeckungen zu erbringen.
Geschwisterrivalität
Die Verantwortung für die Genehmigung oder Ablehnung neuer Elemente liegt bei zwei Schwesterorganisationen: Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) und die International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP). Seit 1999 verlassen sie sich auf das Urteil eines Expertengremiums, das als Joint Working Party (JWP) bekannt ist und von Paul Karol, einem Kernchemiker und emeritierten Professor an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania, geleitet wird. Die JWP wird in regelmäßigen Abständen neu gegründet, um Ansprüche auf Entdeckungen zu bewerten, sobald sie entstehen. Die letzte Version der JWP trat 2012 zusammen und löste sich 2016 auf. Es bestand aus Karol und vier Physikern.
In dieser Zeit sprach die Gruppe die Entdeckung der Elemente 115, 117 und 118 einer russisch-amerikanischen Zusammenarbeit zu, die von dem erfahrenen Kernphysiker Yuri Oganessian vom Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Russland, geleitet wurde. Und das Gremium wies das Element 113 den Forschern des RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in der Nähe von Tokio zu.
Die Entscheidungen des JWP wurden am 30. Dezember 2015 öffentlich bekannt gegeben, als die IUPAC eine Pressemitteilung herausgab, in der sie die Entdeckungen der vier neuen Elemente (die noch nicht ihre offiziellen Namen erhalten hatten) ankündigte. Verbandsfunktionäre sagten, sie hätten schnell gearbeitet, um die Entscheidungen zu verbreiten. Tatsächlich machten sie die Ankündigung, bevor das Exekutivkomitee der Gewerkschaft die Schlussfolgerungen des JWP genehmigen konnte, wie es in den veröffentlichten Regeln der Gewerkschaft vorgesehen ist1; diese Genehmigung kam im folgenden Monat. Noch umstrittener ist, dass die Ergebnisse des JWP nicht einmal der Physikgewerkschaft IUPAP gezeigt wurden, die erwartet hatte, sie zu sehen, sagt Bruce McKellar von der Universität Melbourne in Australien, der zu dieser Zeit Präsident der IUPAP war.
Dieses Versäumnis entzündete bereits bestehende Spannungen zwischen den beiden Gewerkschaften. Cecilia Jarlskog, Physikerin an der Universität Lund und IUPAP-Präsidentin vor McKellar, behauptet, dass die Chemiegewerkschaft seit Jahren den Prozess der Bewertung von Entdeckungen auf unfaire Weise dominiert hat. (Karol sagte gegenüber Nature, dass er bei der Erstellung der JWP-Berichte fast ausschließlich mit der Chemiegewerkschaft zusammengearbeitet hat.) Auf dem schwedischen Treffen 2016 machte sie ihrer Frustration Luft, indem sie die IUPAC beschuldigte, zu versuchen, das Rampenlicht zu stehlen, indem sie die Entdeckung selbst verkündete, und argumentierte, dass nur Physiker „die Kompetenz haben“, Ansprüche zu bewerten, so die veröffentlichte Version ihrer Präsentation2.
Bei dieser Gelegenheit wurden die Spannungen in der Physik- und Chemiegemeinschaft durch die Kritik an der Bewertung der JWP-Ansprüche für die Elemente 115 und 117 verstärkt. Das JWP unterstützte3 die Schlussfolgerungen des Teams, das diese Elemente entdeckte, das herausfand, dass die Ketten des radioaktiven Zerfalls der Elemente 115 und 117 in einer Weise übereinstimmten, die die Beweise für beide Entdeckungen untermauert. Aber diese Art der „Cross-Bombardment“-Analyse ist für ungerade Elemente bekanntermaßen schwierig. Fahlander und seine Mitarbeiter an der Universität von Lund berichten4 , dass die Übereinstimmung für 115 und 117 höchst unwahrscheinlich ist – eine Sorge, die dem JWP im Februar 2015 zur Kenntnis gebracht wurde.
Panel-Mitglied Robert Barber, ein Kernphysiker an der Universität von Manitoba in Winnipeg, Kanada, sagt, dass er und seine Kollegen zwar „sehr besorgt“ über die Kreuzbombardierung waren, aber zu dem Schluss kamen, dass es keine Alternative zu dieser Art von Beweisen gab, und sie erreichten einen Konsens über alle ihre Entscheidungen. Auch Loveland unterstützt die Gesamtentscheidung. Und selbst wenn die letzte JWP einige Details falsch verstanden hat, sagt er, zeigt die Geschichte, dass ihre Entscheidungen wahrscheinlich nicht rückgängig gemacht werden.
Doch der Dubnaer Atomphysiker Vladimir Utyonkov nimmt die JWP ins Visier. Obwohl er mit dem Argument der Lund-Gruppe über die Kreuzbombardierung nicht einverstanden ist und zuversichtlich ist, dass die russisch-amerikanische Behauptung robust ist, behauptet Utyonkov, dass dem Gremium „hochrangige“ Experten für die Synthese schwerer Elemente fehlten, und sagt, dass seine Berichtsentwürfe zahlreiche Fehler enthielten. Karol verteidigt die Arbeit, die er und seine Kollegen als Teil des JWP geleistet haben, und sagt, dass sie versucht haben, sich an die veröffentlichten Kriterien für den Bewertungsprozess zu halten. Insgesamt, sagt er, „glaube ich, dass das Komitee mit seinem Bericht sehr zufrieden war“.
Aber es scheint, dass die meisten Delegierten auf dem Treffen 2016 in Schweden dem JWP kritisch gegenüberstanden. David Hinde, ein Kernphysiker an der Australian National University in Canberra, fragte die etwa 50 anwesenden Forscher, ob sie die Ergebnisse des Gremiums für „wissenschaftlich zufriedenstellend“ hielten. Er sagt, dass er nur sehr wenige positive Antworten auf diese Frage bekam.
Nachfragen
Trotz der verschiedenen Bedenken gingen IUPAC und IUPAP im Juni 2016 voran und gaben die Namen der vier neuen Elemente bekannt. McKellar gibt zu, dass er Zweifel hatte, dies zu tun, sagt aber, dass die meisten Physiker und Chemiker, die er konsultierte, ihm sagten, dass die allgemeinen Schlussfolgerungen des JWP – wenn auch nicht alle Details ihrer Analysen – wahrscheinlich stichhaltig waren.
Jan Reedijk, der damalige Präsident der IUPAC-Abteilung für anorganische Chemie, sagt, dass die erste Ankündigung früh gemacht wurde, um undichte Stellen in der Presse zu vermeiden und um die Forderungen der antragstellenden Labore zu erfüllen, die darauf erpicht waren, die Neuigkeiten zu veröffentlichen. Um das zu ermöglichen, sagt er, genehmigte er schnell die Ergebnisse des JWP im Dezember 2015 im Namen seiner Abteilung, nachdem sie von Fachkollegen begutachtet und zur Veröffentlichung in der Gewerkschaftszeitschrift Pure and Applied Chemistry angenommen worden waren. „Ich stellte fest, dass die ordnungsgemäße Begutachtung durchgeführt worden war, und gab mein ‚Ja‘ in weniger als einer Stunde“, sagt er.
Es ist jedoch unklar, ob eine wirklich unabhängige Überprüfung stattgefunden hat. Laut der Geschäftsführerin der Chemiegewerkschaft, Lynn Soby, wurde die Arbeit des JWP vor der Bekanntgabe in einem zweistufigen Prozess überprüft. Zunächst gingen die Ergebnisse an mehrere Labore, vor allem an solche, die an den jüngsten Entdeckungen beteiligt waren, sowie an einen weiteren Gutachter, der von einem der Labore vorgeschlagen wurde. Dann wurden die Berichte des JWP an Mitglieder des Komitees für Terminologie, Nomenklatur und Symbole der Chemiegewerkschaft geschickt.
Soby sagt, dass die Aufgabe des Komitees darin bestand, Formulierungs- und Formatierungsfehler zu überprüfen, und dass es daher an den Laboren selbst lag, eine wissenschaftliche Prüfung vorzunehmen. Sie sagt, das sei angemessen, da sie die Experten auf diesem Gebiet seien. Doch einer dieser Forscher, Utyonkov, war der Meinung, dass die Chemiegewerkschaft 15 unabhängige Experten rekrutiert hatte, um die wissenschaftliche Überprüfung vorzunehmen. Er nahm an, dass er und zwei Kollegen aus Dubna gebeten worden waren, nur Fakten und Zahlen in den Berichten zu überprüfen. „Ich weiß nicht, wie wir als unabhängige Gutachter angesehen werden können“, sagt er.
Rückblickend wünscht sich Jarlskog, dass sie und der Rest der Physik-Gemeinschaft genauer darauf geachtet hätten, wie der gesamte Bewertungsprozess abgeschlossen wurde, insbesondere die Begutachtung der Schlussfolgerungen des JWP. „Ich werde Albträume darüber haben, wie nachlässig wir gewesen sind.“
Um die aufgeworfenen Bedenken auszuräumen, haben sich die beiden Verbände auf neue Verfahren für die Bewertung zukünftiger Elemente geeinigt. Nach den geänderten Regeln, die im Mai veröffentlicht wurden (siehe go.nature.com/2ji1gv4), werden die Präsidenten der IUPAC und der IUPAP nun jeweils die Möglichkeit haben, die Ergebnisse der JWPs zu überprüfen, bevor sie ihre Schlussfolgerungen gemeinsam bekannt geben. Dazu werden sie ein unabhängiges Peer-Review-Verfahren neben dem von Pure and Applied Chemistry durchführen.
McKellar sagt, dass die Änderungen einen positiven Effekt haben werden. „Jede Gewerkschaft hat ein gutes Maß an Vertrauen entwickelt, indem sie gemeinsam daran gearbeitet haben“, sagt er.
Aber diese Änderungen werden einige Kritiker, wie Jarlskog, nicht zufriedenstellen. „Ich glaube einfach nicht, dass die neuen Regeln etwas ändern werden“, sagt sie.