L’umore al castello di Bäckaskog nel sud della Svezia avrebbe dovuto essere ottimista quando chimici e fisici si sono riuniti lì per un simposio nel maggio 2016. L’incontro, sponsorizzato dalla Fondazione Nobel, ha offerto ai ricercatori la possibilità di fare il punto sugli sforzi globali per sondare i limiti della scienza nucleare, e di celebrare quattro nuovi elementi che avevano aggiunto alla tavola periodica pochi mesi prima. I nomi degli elementi dovevano essere annunciati a giorni, un grande onore per i ricercatori e i paesi responsabili delle scoperte.
Anche se molti alla riunione erano entusiasti di come il loro campo si stava sviluppando – e dei titoli che stava generando – un numero significativo era preoccupato. Temevano che ci fossero dei difetti nel processo di valutazione delle affermazioni sui nuovi elementi, ed erano preoccupati che le revisioni delle recenti scoperte fossero cadute in basso. Alcuni ritenevano che non ci fossero abbastanza prove per giustificare l’inclusione degli elementi più controversi, i numeri 115 e 117. L’integrità scientifica della tavola periodica era in gioco.
Verso la fine della riunione, uno scienziato ha chiesto per alzata di mano se avrebbero dovuto annunciare o meno i nomi degli elementi come previsto. La domanda ha rivelato la profondità della preoccupazione tra la folla. La maggior parte dei ricercatori ha votato per ritardare l’annuncio, dice Walter Loveland, un chimico nucleare della Oregon State University di Corvallis. E questo ha scatenato una reazione notevole da alcuni degli scienziati russi che avevano guidato gli sforzi che hanno portato a tre degli elementi. “Hanno semplicemente battuto i piedi e se ne sono andati”, dice Loveland. “Non ho mai visto una cosa del genere in una riunione scientifica.”
Nonostante le preoccupazioni, i nomi degli elementi sono stati annunciati poco dopo. Nihonium (numero atomico 113), moscovium (115), tennessine (117) e oganesson (118) si unirono ai 114 elementi precedentemente scoperti come aggiunte permanenti alla tavola periodica. Quasi 150 anni dopo che Dmitri Mendeleev aveva sognato questa struttura organizzativa, la settima riga della tavola era ufficialmente completa.
Tuttavia il modo in cui si sono svolti gli eventi ha profondamente turbato alcuni ricercatori. Claes Fahlander, un fisico nucleare dell’Università di Lund in Svezia, si aspetta che i risultati sperimentali alla fine supportino le affermazioni del moscovio e della tennessina. Tuttavia, egli sostiene che è stato “prematuro” approvare gli elementi. “Siamo scienziati”, dice. “
Mentre il mondo si prepara a celebrare l’anno internazionale della tavola periodica nel 2019, il dibattito sulle quattro aggiunte ha costretto a riformare il processo di verifica di altri nuovi elementi in futuro. E la controversia ha gettato una nuvola di incertezza sulla fila inferiore degli elementi: è possibile che gli organi di governo della tavola potrebbero rivalutare alcune delle ultime scoperte.
Parte della controversia deriva da una spaccatura tra alcuni chimici e fisici su chi dovrebbe essere il legittimo custode della tavola periodica. I chimici hanno storicamente occupato quel ruolo, perché hanno scoperto gli elementi naturali attraverso tecniche chimiche nel corso di secoli di lavoro.
Negli ultimi decenni, tuttavia, i fisici nucleari hanno guidato la caccia ai nuovi elementi – creandoli artificialmente facendo scontrare nuclei atomici contro obiettivi (vedi ‘Come creare un elemento’). Possono volerci anni per produrre un solo atomo di questi elementi superpesanti, che sono anche notoriamente instabili, scheggiandosi attraverso il decadimento radioattivo a volte in frazioni di secondo. Così, mentre i gruppi hanno fatto a gara per essere i primi a creare i prossimi elementi, è diventato più difficile stabilire le prove delle loro scoperte.
La rivalità tra fratelli
La responsabilità di approvare o rifiutare nuovi elementi spetta a due organizzazioni sorelle: l’Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) e l’Unione internazionale di fisica pura e applicata (IUPAP). Dal 1999, si sono affidati al giudizio di un gruppo di esperti noto come joint working party (JWP), presieduto da Paul Karol, un chimico nucleare e professore emerito alla Carnegie Mellon University di Pittsburgh, Pennsylvania. Ristabilito periodicamente per valutare le richieste di scoperte man mano che si presentano, l’ultima versione del JWP si è riunita nel 2012 e si è sciolta nel 2016. Era composto da Karol e quattro fisici.
In quel periodo, il gruppo ha assegnato il merito della scoperta degli elementi 115, 117 e 118 a una collaborazione russo-statunitense guidata dal fisico nucleare veterano Yuri Oganessian del Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna, Russia. E il pannello ha assegnato l’elemento 113 ai ricercatori del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science vicino a Tokyo.
Le decisioni del JWP sono state annunciate pubblicamente il 30 dicembre 2015, quando la IUPAC ha emesso un comunicato stampa che strombazzava le scoperte dei quattro nuovi elementi (che non avevano ancora ricevuto i loro nomi ufficiali). I funzionari dell’Unione hanno detto di aver lavorato rapidamente per diffondere le decisioni. In realtà, hanno fatto l’annuncio prima che il comitato esecutivo dell’unione potesse approvare le conclusioni del JWP, come è specificato dalle regole pubblicate dall’unione1; tale approvazione è arrivata il mese successivo. Ancora più controverso, i risultati del JWP non erano stati mostrati nemmeno al sindacato della fisica, lo IUPAP, che si aspettava di vederli, dice Bruce McKellar dell’Università di Melbourne in Australia, che era il presidente dello IUPAP all’epoca.
Questa omissione ha infiammato le tensioni preesistenti tra i due sindacati. Cecilia Jarlskog, un fisico dell’Università di Lund e presidente IUPAP prima di McKellar, sostiene che, per anni, il sindacato della chimica ha ingiustamente dominato il processo di valutazione delle scoperte. (Karol ha detto a Nature che nella preparazione dei rapporti del JWP, ha tenuto i contatti quasi esclusivamente con il sindacato della chimica). Sfogando la sua frustrazione alla riunione svedese del 2016, ha accusato la IUPAC di cercare di rubare le luci della ribalta annunciando la scoperta da sola, e ha sostenuto che solo i fisici “hanno la competenza” per valutare le affermazioni, secondo la versione pubblicata della sua presentazione2.
In questa occasione, le tensioni nelle comunità di fisica e chimica sono state intensificate dalle critiche sulla valutazione del JWP delle affermazioni per gli elementi 115 e 117. Il JWP ha appoggiato3 le conclusioni del team che ha scoperto questi elementi, che ha trovato che le catene di decadimento radioattivo degli elementi 115 e 117 corrispondono in un modo che rafforza l’evidenza di entrambe le scoperte. Ma questo tipo di analisi “cross-bombardamento” è notoriamente difficile per gli elementi dispari. Fahlander e i suoi collaboratori dell’Università di Lund riferiscono4 che è altamente improbabile che il match-up esista per 115 e 117 – una preoccupazione portata all’attenzione del JWP nel febbraio 2015.
Il membro del panel Robert Barber, un fisico nucleare dell’Università di Manitoba a Winnipeg, in Canada, dice che anche se lui e i suoi colleghi “erano molto preoccupati” per il bombardamento incrociato, hanno concluso che non c’era alternativa a questo tipo di prove, e hanno raggiunto il consenso su tutte le loro decisioni. Anche Loveland sostiene la decisione generale. E anche se l’ultimo JWP ha sbagliato alcuni dettagli, dice, la storia dimostra che è improbabile che le sue decisioni vengano ribaltate.
Tuttavia, il fisico nucleare di Dubna Vladimir Utyonkov prende di mira il JWP. Anche se non è d’accordo con l’argomentazione del gruppo di Lund sul bombardamento incrociato ed è fiducioso che l’affermazione russo-statunitense sia solida, Utyonkov sostiene che il panel mancava di esperti “di alto livello” nella sintesi degli elementi pesanti, e dice che le sue bozze di rapporto contenevano numerosi errori. Karol difende il lavoro che lui e i suoi colleghi hanno fatto come parte del JWP, dicendo che hanno cercato di rispettare i criteri pubblicati che regolano il processo di valutazione. Nel complesso, dice, “credo che la commissione fosse estremamente soddisfatta del suo rapporto”.
Ma sembra che la maggior parte dei delegati alla riunione del 2016 in Svezia siano stati critici del JWP. David Hinde, un fisico nucleare dell’Australian National University di Canberra, ha chiesto ai circa 50 ricercatori presenti se pensavano che i risultati del comitato fossero “scientificamente soddisfacenti”. Dice di aver ricevuto pochissime risposte positive a questa domanda.
Domande di revisione
Nonostante le varie preoccupazioni, IUPAC e IUPAP sono andati avanti nel giugno 2016 e hanno annunciato i nomi dei quattro nuovi elementi. McKellar ammette di aver avuto dei dubbi sul farlo, ma dice che la maggior parte dei fisici e dei chimici che ha consultato gli hanno detto che le conclusioni generali del JWP – se non tutti i dettagli delle loro analisi – erano probabilmente valide.
Jan Reedijk, allora presidente della divisione di chimica inorganica della IUPAC, dice che l’annuncio iniziale è stato fatto presto per evitare fughe di notizie dalla stampa e per soddisfare le richieste dei laboratori richiedenti, che erano ansiosi di far uscire la notizia. Per consentire ciò, dice, ha rapidamente approvato i risultati del JWP nel dicembre 2015 a nome della sua divisione, dopo che era stato sottoposto a peer-review e accettato per la pubblicazione sulla rivista del sindacato Pure and Applied Chemistry. “Ho notato che il refereeing adeguato era stato fatto, quindi ho dato il mio ‘sì’ in meno di un’ora”, dice.
Tuttavia, non è chiaro se una revisione veramente indipendente abbia avuto luogo. Secondo il direttore esecutivo del sindacato della chimica, Lynn Soby, il lavoro del JWP è stato rivisto in un processo in due fasi prima dell’annuncio. In primo luogo, i suoi risultati sono andati a diversi laboratori, principalmente quelli coinvolti nelle ultime scoperte, così come un altro revisore suggerito da uno dei laboratori. Poi i rapporti del JWP sono stati inviati ai membri del comitato del sindacato della chimica su terminologia, nomenclatura e simboli.
Soby dice che il lavoro del comitato era quello di controllare gli errori di formulazione e formattazione, e che quindi era compito dei laboratori stessi fornire un controllo scientifico. Lei dice che era appropriato, dato che sono gli esperti in quel campo. Eppure uno di questi ricercatori, Utyonkov, pensava che il sindacato della chimica avesse reclutato 15 esperti indipendenti per fare la revisione scientifica. Ha pensato che a lui e a due colleghi di Dubna fosse stato chiesto di controllare solo fatti e cifre nei rapporti. “Non so come possiamo essere considerati arbitri indipendenti”, dice.
Guardando indietro, Jarlskog vorrebbe che lei e il resto della comunità fisica avessero prestato più attenzione a come l’intero processo di valutazione è stato completato, in particolare l’arbitraggio delle conclusioni del JWP. “Avrò degli incubi su quanto siamo stati negligenti.”
Per affrontare le preoccupazioni sollevate, i due sindacati hanno concordato nuove procedure per valutare qualsiasi elemento futuro. Secondo le regole modificate, che sono state rilasciate a maggio (vedi go.nature.com/2ji1gv4), i presidenti di IUPAC e IUPAP avranno ora la possibilità di rivedere i risultati del JWPs prima di annunciare insieme le loro conclusioni. Per farlo, effettueranno un processo indipendente di peer-review insieme a quello della Chimica Pura e Applicata.
McKellar dice che i cambiamenti avranno un effetto positivo. “Ogni sindacato ha sviluppato una buona dose di fiducia lavorando insieme su questo”, dice.
Ma questi cambiamenti non soddisferanno alcuni critici, come Jarlskog. “Non credo proprio che le nuove regole cambieranno qualcosa”, dice.