L’ambiance au château de Bäckaskog, dans le sud de la Suède, aurait dû être optimiste lorsque des chimistes et des physiciens s’y sont réunis pour un symposium en mai 2016. La réunion, parrainée par la Fondation Nobel, offrait aux chercheurs l’occasion de faire le point sur les efforts mondiaux visant à sonder les limites de la science nucléaire, et de célébrer quatre nouveaux éléments qu’ils avaient ajoutés au tableau périodique quelques mois plus tôt. Les noms de ces éléments devaient être annoncés dans les jours qui suivaient, un immense honneur pour les chercheurs et les pays responsables de ces découvertes.
Bien que de nombreuses personnes présentes à la réunion aient été ravies de la façon dont leur domaine se développait – et des gros titres qu’il générait – un nombre important d’entre elles étaient inquiètes. Ils craignaient qu’il y ait des failles dans le processus d’évaluation des revendications concernant les nouveaux éléments, et s’inquiétaient de ce que les examens des récentes découvertes n’aient pas été à la hauteur. Certains estiment qu’il n’y a pas assez de preuves pour justifier la consécration des éléments les plus controversés, les numéros 115 et 117. L’intégrité scientifique du tableau périodique était en jeu.
Vers la fin de la réunion, un scientifique a demandé un vote à main levée pour savoir s’ils devaient ou non annoncer les noms des éléments comme prévu. La question a révélé la profondeur de l’inquiétude parmi la foule. La plupart des chercheurs ont voté pour retarder l’annonce, explique Walter Loveland, chimiste nucléaire à l’université d’État de l’Oregon à Corvallis. Cette décision a déclenché une réaction remarquable de la part de certains des scientifiques russes qui avaient mené les travaux ayant abouti à la découverte de trois des éléments. « Ils ont tout simplement tapé du pied et sont partis », raconte Loveland. « Je n’ai jamais vu cela dans une réunion scientifique. »
Malgré les inquiétudes, les noms des éléments ont été annoncés peu après. Le nihonium (numéro atomique 113), le moscovium (115), la ténnessine (117) et l’oganesson (118) ont rejoint les 114 éléments précédemment découverts en tant qu’ajouts permanents au tableau périodique. Près de 150 ans après que Dmitri Mendeleïev ait rêvé de cette structure organisationnelle, la septième ligne du tableau était officiellement terminée.
Pourtant, la façon dont les événements se sont déroulés a profondément bouleversé certains chercheurs. Claes Fahlander, physicien nucléaire à l’université de Lund en Suède, s’attend à ce que les résultats expérimentaux finissent par confirmer les affirmations concernant le moscovium et la ténnessine. Néanmoins, il maintient qu’il était « prématuré » d’approuver ces éléments. « Nous sommes des scientifiques », dit-il. « Nous ne croyons pas – nous voulons voir des preuves. »
Alors que le monde se prépare à célébrer l’Année internationale du tableau périodique en 2019, le débat sur les quatre ajouts a forcé des réformes du processus de vérification d’autres nouveaux éléments à l’avenir. Et la controverse a jeté un nuage d’incertitude sur la dernière rangée d’éléments : il est possible que les organes directeurs du tableau réévaluent certaines des dernières découvertes.
Une partie de la controverse découle d’un désaccord entre certains chimistes et physiciens sur qui devrait être le gardien légitime du tableau périodique. Les chimistes ont historiquement occupé ce rôle, car ils ont découvert les éléments naturels grâce à des techniques chimiques au cours de siècles de travail.
Cependant, au cours des dernières décennies, les physiciens nucléaires ont mené la chasse aux nouveaux éléments – en les créant artificiellement en fracassant des noyaux atomiques sur des cibles (voir « Comment créer un élément »). Il faut parfois des années pour produire un seul atome de ces éléments superlourds, qui sont aussi notoirement instables, se désintégrant par radioactivité parfois en quelques fractions de seconde. Ainsi, alors que les groupes ont rivalisé pour être les premiers à créer les prochains éléments, il est devenu plus difficile d’établir la preuve de leurs découvertes.
La rivalité fraternelle
La responsabilité d’approuver ou de rejeter les nouveaux éléments incombe à deux organisations sœurs : l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) et l’Union internationale de physique pure et appliquée (UIPPA). Depuis 1999, elles s’appuient sur le jugement d’un groupe d’experts connu sous le nom de groupe de travail conjoint (JWP), présidé par Paul Karol, chimiste nucléaire et professeur émérite à l’université Carnegie Mellon de Pittsburgh, en Pennsylvanie. Reconstitué périodiquement pour évaluer les demandes de découvertes au fur et à mesure qu’elles se présentent, la dernière version du JWP s’est assemblée en 2012 et s’est dissoute en 2016. Elle se composait de Karol et de quatre physiciens.
Pendant cette période, le groupe a attribué le crédit de la découverte des éléments 115, 117 et 118 à une collaboration russo-américaine dirigée par le physicien nucléaire chevronné Yuri Oganessian de l’Institut conjoint pour la recherche nucléaire (JINR) à Dubna, en Russie. Et le panel a attribué l’élément 113 aux chercheurs du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science près de Tokyo.
Les décisions du JWP ont été annoncées publiquement le 30 décembre 2015, lorsque l’UICPA a publié un communiqué de presse claironnant les découvertes des quatre nouveaux éléments (qui n’avaient pas encore reçu leur nom officiel). Les responsables du syndicat ont déclaré qu’ils avaient travaillé rapidement pour diffuser les décisions. En fait, ils ont fait cette annonce avant que le comité exécutif du syndicat n’ait pu approuver les conclusions du JWP, comme le stipulent les règles publiées par le syndicat1 ; cette approbation a eu lieu le mois suivant. Plus controversé encore, les conclusions du JWP n’avaient même pas été montrées au syndicat de la physique, l’UIPPA, qui s’attendait à les voir, affirme Bruce McKellar de l’Université de Melbourne en Australie, qui était président de l’UIPPA à l’époque.
Cette omission a enflammé les tensions préexistantes entre les deux syndicats. Cecilia Jarlskog, physicienne à l’université de Lund et présidente de l’UIPPA avant McKellar, affirme que, pendant des années, le syndicat de la chimie a injustement dominé le processus d’évaluation des découvertes. (Karol a déclaré à Nature que, lors de la préparation des rapports du JWP, il a assuré la liaison presque exclusivement avec le syndicat de la chimie). Exprimant sa frustration lors de la réunion suédoise de 2016, elle a accusé l’UICPA d’essayer de voler la vedette en annonçant la découverte toute seule, et a fait valoir que seuls les physiciens « ont la compétence » pour évaluer les revendications, selon la version publiée de sa présentation2.
À cette occasion, les tensions dans les communautés de la physique et de la chimie ont été exacerbées par les critiques sur l’évaluation par le JWP des revendications concernant les éléments 115 et 117. Le JWP a soutenu3 les conclusions de l’équipe qui a découvert ces éléments, qui a constaté que les chaînes de désintégration radioactive des éléments 115 et 117 correspondaient d’une manière qui renforce les preuves des deux découvertes. Mais ce type d’analyse par « bombardement croisé » est notoirement délicat pour les éléments impairs. Fahlander et ses collègues de l’université de Lund signalent4 que l’appariement est très peu probable pour les éléments 115 et 117 – une préoccupation portée à l’attention du JWP en février 2015.
Le membre du panel Robert Barber, physicien nucléaire à l’Université du Manitoba à Winnipeg, au Canada, déclare que bien que lui et ses collègues « étaient très préoccupés » par le bombardement croisé, ils ont conclu qu’il n’y avait pas d’alternative à ce type de preuve, et ils ont atteint un consensus sur toutes leurs décisions. Loveland soutient également la décision globale. Et même si le dernier JWP s’est trompé sur certains détails, dit-il, l’histoire montre que ses décisions ont peu de chances d’être renversées.
Cependant, Vladimir Utyonkov, physicien nucléaire de Dubna, s’en prend au JWP. Bien qu’il ne soit pas d’accord avec l’argument du groupe de Lund concernant le bombardement croisé et qu’il soit convaincu de la solidité de la revendication russo-américaine, Utyonkov maintient que le groupe manquait d’experts « de haut niveau » en matière de synthèse des éléments lourds, et affirme que ses projets de rapports contenaient de nombreuses erreurs. Karol défend le travail que lui et ses collègues ont effectué dans le cadre du JWP, affirmant qu’ils ont essayé de se conformer aux critères publiés régissant le processus d’évaluation. Dans l’ensemble, dit-il, « je crois que le comité était extrêmement à l’aise avec son rapport ».
Mais il semble que la plupart des délégués à la réunion de 2016 en Suède aient critiqué le JWP. David Hinde, physicien nucléaire à l’Université nationale australienne de Canberra, a demandé à la cinquantaine de chercheurs présents s’ils pensaient que les conclusions du comité étaient « scientifiquement satisfaisantes ». Il dit avoir obtenu très peu de réponses positives à cette question.
Questions de révision
Malgré les diverses inquiétudes, l’UICPA et l’IUPAP sont allés de l’avant en juin 2016 et ont annoncé les noms des quatre nouveaux éléments. McKellar admet avoir eu des doutes à ce sujet, mais affirme que la plupart des physiciens et des chimistes qu’il a consultés lui ont dit que les conclusions générales du JWP – si ce n’est tous les détails de leurs analyses – étaient probablement solides.
Jan Reedijk, alors président de la division de chimie inorganique de l’UICPA, affirme que l’annonce initiale a été faite tôt pour éviter les fuites dans la presse et pour satisfaire les demandes des laboratoires demandeurs, qui étaient impatients de faire connaître la nouvelle. Pour permettre cela, dit-il, il a rapidement approuvé les conclusions du JWP en décembre 2015 au nom de sa division, après qu’elles aient été examinées par des pairs et acceptées pour publication dans la revue Pure and Applied Chemistry du syndicat. « J’ai noté que l’arbitrage approprié avait été effectué, et j’ai donc donné mon « oui » en moins d’une heure », dit-il.
Cependant, il n’est pas certain qu’un examen véritablement indépendant ait eu lieu. Selon la directrice exécutive du syndicat de la chimie, Lynn Soby, le travail du JWP a été examiné dans un processus en deux étapes avant l’annonce. Tout d’abord, ses conclusions ont été transmises à plusieurs laboratoires, principalement ceux impliqués dans les dernières découvertes, ainsi qu’à un autre examinateur suggéré par l’un des laboratoires. Ensuite, les rapports du JWP ont été envoyés aux membres du comité de terminologie, de nomenclature et de symboles du syndicat de la chimie.
Soby dit que le travail du comité consistait à vérifier les erreurs de formulation et de formatage, et que c’était donc aux laboratoires eux-mêmes de fournir un examen scientifique. Elle dit que c’était approprié, étant donné qu’ils sont les experts dans ce domaine. Pourtant, l’un de ces chercheurs, Utyonkov, pensait que le syndicat de la chimie avait recruté 15 experts indépendants pour effectuer l’examen scientifique. Il a supposé que lui et deux collègues de Dubna avaient été invités à vérifier uniquement les faits et les chiffres des rapports. « Je ne sais pas comment nous pouvons être considérés comme des arbitres indépendants », dit-il.
Avec le recul, Mme Jarlskog souhaite qu’elle et le reste de la communauté des physiciens aient été plus attentifs à la manière dont l’ensemble du processus d’évaluation a été mené à bien, en particulier l’arbitrage des conclusions du JWP. « Je vais faire des cauchemars sur la négligence dont nous avons fait preuve. »
Pour répondre aux préoccupations soulevées, les deux syndicats ont convenu de nouvelles procédures d’évaluation de tout élément futur. Selon les règles modifiées, qui ont été publiées en mai (voir go.nature.com/2ji1gv4), les présidents de l’UICPA et de l’UIPPA auront désormais chacun la possibilité d’examiner les résultats des JWP avant d’annoncer ensemble leurs conclusions. Pour ce faire, ils mèneront un processus indépendant d’examen par les pairs, parallèlement à celui de Pure and Applied Chemistry.
McKellar affirme que ces changements auront un effet positif. « Chaque syndicat a développé une bonne dose de confiance en travaillant ensemble sur ce sujet », dit-il.
Mais ces changements ne satisferont pas certains critiques, comme Jarlskog. « Je ne pense tout simplement pas que les nouvelles règles vont changer quoi que ce soit », dit-elle.