De stemming in kasteel Bäckaskog in Zuid-Zweden had opgewekt moeten zijn toen chemici en natuurkundigen daar in mei 2016 bijeenkwamen voor een symposium. De bijeenkomst, gesponsord door de Nobelstichting, bood onderzoekers de kans om de balans op te maken van de wereldwijde inspanningen om de grenzen van de nucleaire wetenschap af te tasten, en om vier nieuwe elementen te vieren die ze een paar maanden eerder aan het periodiek systeem hadden toegevoegd. De namen van de elementen zouden binnen enkele dagen bekend worden gemaakt, een grote eer voor de onderzoekers en de landen die verantwoordelijk zijn voor de ontdekkingen.
Hoewel velen op de bijeenkomst opgetogen waren over de ontwikkeling van hun vakgebied – en de krantenkoppen die het opleverde – was een groot aantal ongerust. Zij vreesden dat er gebreken waren in het proces van beoordeling van beweringen over nieuwe elementen, en waren bezorgd dat de beoordelingen van de recente ontdekkingen tekort waren geschoten. Sommigen vonden dat er niet genoeg bewijs was om de verankering van de meest controversiële elementen, de nummers 115 en 117, te rechtvaardigen. De wetenschappelijke integriteit van het periodiek systeem stond op het spel.
Tegen het einde van de vergadering vroeg een wetenschapper om handopsteking bij de vraag of de namen van de elementen al dan niet bekend moesten worden gemaakt zoals gepland. De vraag maakte duidelijk hoe groot de bezorgdheid onder de aanwezigen was. De meeste onderzoekers stemden voor uitstel van de bekendmaking, aldus Walter Loveland, een nucleair chemicus aan de Oregon State University in Corvallis. En dat leidde tot een opmerkelijke reactie van enkele Russische wetenschappers die de inspanningen hadden geleid die tot drie van de elementen hadden geleid. “Ze stampten gewoon met hun voeten en liepen naar buiten,” zegt Loveland. “Dat heb ik nog nooit meegemaakt op een wetenschappelijke bijeenkomst.”
Ondanks de bezorgdheid werden de namen van de elementen kort daarna bekendgemaakt. Nihonium (atoomnummer 113), moscovium (115), tennessine (117) en oganessine (118) voegden zich bij de 114 eerder ontdekte elementen als permanente toevoegingen aan het periodiek systeem. Bijna 150 jaar nadat Dmitri Mendelejev van deze organisatiestructuur had gedroomd, was de zevende rij van het periodiek systeem officieel voltooid.
De manier waarop de gebeurtenissen zich hebben afgespeeld, heeft sommige onderzoekers echter diep geschokt. Claes Fahlander, een kernfysicus aan de Lund Universiteit in Zweden, verwacht dat experimentele resultaten uiteindelijk de beweringen voor moscovium en tennessine zullen ondersteunen. Toch blijft hij erbij dat het “voorbarig” was om de elementen goed te keuren. “Wij zijn wetenschappers,” zegt hij. “
Terwijl de wereld zich opmaakt voor de viering van het Internationaal Jaar van het Periodiek Systeem in 2019, heeft het debat over de vier toevoegingen geleid tot hervormingen in het proces voor de verificatie van andere nieuwe elementen in de toekomst. En de controverse heeft een wolk van onzekerheid over de onderste rij elementen geworpen: het is mogelijk dat de bestuursorganen van het periodiek systeem enkele van de nieuwste ontdekkingen opnieuw zullen beoordelen.
De controverse komt deels voort uit een kloof tussen sommige chemici en natuurkundigen over wie de rechtmatige bewaarders van het periodiek systeem moeten zijn. Chemici hebben die rol van oudsher vervuld, omdat zij de in de natuur voorkomende elementen eeuwenlang met chemische technieken hebben ontdekt.
In de afgelopen decennia hebben kernfysici echter de jacht op nieuwe elementen geleid – door ze kunstmatig te creëren door atoomkernen tegen doelen te laten smijten (zie ‘Hoe maak je een element’). Het kan jaren duren om slechts één atoom van deze superzware elementen te produceren, die ook berucht instabiel zijn en door radioactief verval in soms fracties van een seconde versplinteren. Naarmate groepen elkaar beconcurreerden om als eerste de volgende elementen te creëren, werd het dus moeilijker om het bewijs van hun ontdekkingen te leveren.
Ruzie tussen broers en zussen
De verantwoordelijkheid voor het goed- of afkeuren van nieuwe elementen ligt bij twee zusterorganisaties: de Internationale Unie voor Zuivere en Toegepaste Scheikunde (IUPAC) en de Internationale Unie voor Zuivere en Toegepaste Natuurkunde (IUPAP). Sinds 1999 vertrouwen zij op het oordeel van een panel van deskundigen dat bekend staat als de gezamenlijke werkgroep (JWP), voorgezeten door Paul Karol, een nucleair chemicus en emeritus hoogleraar aan de Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania. De laatste versie van de JWP, die periodiek opnieuw wordt opgericht om ontdekkingsclaims te beoordelen naarmate deze zich voordoen, kwam in 2012 bijeen en werd in 2016 ontbonden. Het bestond uit Karol en vier natuurkundigen.
In die tijd kende de groep de eer voor de ontdekking van de elementen 115, 117 en 118 toe aan een Russisch-Amerikaanse samenwerking onder leiding van veteraan-kernfysicus Yuri Oganessian van het Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Rusland. En het panel wees element 113 toe aan onderzoekers van het RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in de buurt van Tokio.
De beslissingen van het JWP werden publiekelijk bekendgemaakt op 30 december 2015, toen de IUPAC een persbericht verspreidde waarin de ontdekkingen van de vier nieuwe elementen (die nog niet hun formele namen hadden gekregen) werden verkondigd. Functionarissen van de Unie zeiden dat ze snel hadden gewerkt om de besluiten bekend te maken. In feite deden zij de aankondiging voordat het uitvoerend comité van de unie de conclusies van de JWP kon goedkeuren, zoals in de gepubliceerde regels van de unie is bepaald1 ; die goedkeuring kwam de volgende maand. Nog controversiëler was dat de bevindingen van de JWP niet eens waren voorgelegd aan de natuurkundige vakbond, IUPAP, die had verwacht ze te zien, aldus Bruce McKellar van de Universiteit van Melbourne in Australië, die op dat moment voorzitter was van IUPAP.
Die omissie wakkerde reeds bestaande spanningen tussen de twee vakbonden aan. Cecilia Jarlskog, natuurkundige aan de Universiteit van Lund en vóór McKellar voorzitter van de IUPAP, beweert dat de vakbond scheikunde jarenlang het proces van het beoordelen van ontdekkingen op oneerlijke wijze heeft gedomineerd. (Karol vertelde aan Nature dat hij bij het opstellen van de rapporten van de JWP bijna uitsluitend contact heeft gehad met de scheikundebond). Tijdens de Zweedse bijeenkomst in 2016 uitte ze haar frustratie door de IUPAC ervan te beschuldigen de schijnwerpers te willen stelen door de ontdekking op eigen houtje aan te kondigen, en stelde ze dat alleen natuurkundigen “de competentie hebben” om claims te beoordelen, aldus de gepubliceerde versie van haar presentatie2.
Bij deze gelegenheid werden de spanningen in de natuurkunde- en scheikundegemeenschappen verhoogd door kritiek op de beoordeling door de JWP van claims voor de elementen 115 en 117. Het JWP steunde3 de conclusies van het team dat deze elementen ontdekte, dat vaststelde dat de ketens van radioactief verval van de elementen 115 en 117 op elkaar aansloten op een manier die het bewijs voor beide ontdekkingen versterkt. Maar dit soort “kruis-bombardement” analyse is berucht lastig voor oneven genummerde elementen. Fahlander en zijn collega’s van de Universiteit van Lund melden4 dat het hoogst onwaarschijnlijk is dat 115 en 117 met elkaar overeenkomen – een punt van zorg dat in februari 2015 onder de aandacht van het JWP werd gebracht.
Panellid Robert Barber, een kernfysicus aan de Universiteit van Manitoba in Winnipeg, Canada, zegt dat hoewel hij en zijn collega’s “zeer bezorgd waren” over kruisbestuiving, ze concludeerden dat er geen alternatief was voor dit soort bewijs, en ze bereikten consensus over al hun beslissingen. Loveland steunt ook het algemene besluit. En ook al heeft de laatste JWP enkele details verkeerd, zegt hij, de geschiedenis leert dat het onwaarschijnlijk is dat haar besluiten worden teruggedraaid.
De kernfysicus Vladimir Utyonkov uit Dubna heeft het echter gemunt op het JWP. Hoewel hij het niet eens is met het argument van de Lund groep over kruis-bombardementen en ervan overtuigd is dat de Russisch-Amerikaanse claim solide is, beweert Utyonkov dat het panel niet beschikte over deskundigen van “hoog niveau” in de synthese van zware elementen, en zegt dat de ontwerp-rapporten talrijke fouten bevatten. Karol verdedigt het werk dat hij en zijn collega’s als onderdeel van het JWP hebben verricht en zegt dat zij hebben geprobeerd zich te houden aan de gepubliceerde criteria voor het beoordelingsproces. Over het geheel genomen, zegt hij, “geloof ik dat de commissie zeer tevreden was met haar rapport”.
Maar het lijkt erop dat de meeste afgevaardigden op de bijeenkomst in 2016 in Zweden kritisch waren over de JWP. David Hinde, een kernfysicus aan de Australian National University in Canberra, vroeg de ongeveer 50 aanwezige onderzoekers of ze de bevindingen van het panel “wetenschappelijk bevredigend” vonden. Hij zegt dat hij op die vraag zeer weinig positieve antwoorden kreeg.
Reviewvragen
Ondanks de verschillende bezwaren gingen IUPAC en IUPAP in juni 2016 door en maakten de namen van de vier nieuwe elementen bekend. McKellar geeft toe dat hij twijfels had om dat te doen, maar zegt dat de meeste natuurkundigen en scheikundigen die hij raadpleegde hem vertelden dat de algemene conclusies van het JWP – zo niet alle details van hun analyses – waarschijnlijk deugdelijk waren.
Jan Reedijk, toen voorzitter van de anorganisch-chemische divisie van de IUPAC, zegt dat de eerste aankondiging vroeg werd gedaan om perslekken te voorkomen en om te voldoen aan de eisen van de claimende laboratoria, die het nieuws graag naar buiten wilden brengen. Om dat mogelijk te maken, zegt hij, keurde hij de bevindingen van het JWP in december 2015 snel goed namens zijn divisie, nadat het peer-reviewed was en geaccepteerd voor publicatie in het vakblad Pure and Applied Chemistry van de vakbond. “Ik stelde vast dat de juiste refereeing had plaatsgevonden, dus gaf mijn ‘ja’ in minder dan een uur,” zegt hij.
Het is echter onduidelijk of er een echt onafhankelijke review heeft plaatsgevonden. Volgens Lynn Soby, uitvoerend directeur van de scheikundevakbond, is het werk van de JWP vóór de bekendmaking in twee fasen beoordeeld. Eerst werden de bevindingen van het JWP aan verschillende laboratoria voorgelegd, voornamelijk aan die welke betrokken waren bij de meest recente ontdekkingen, alsmede aan een andere beoordelaar die door een van de laboratoria was voorgesteld. Daarna werden de rapporten van het JWP naar leden van het comité voor terminologie, nomenclatuur en symbolen van de scheikundebond gestuurd.
Soby zegt dat het comité tot taak had fouten in formulering en opmaak te controleren, en dat het dus aan de laboratoria zelf was om voor wetenschappelijke controle te zorgen. Volgens haar was dat terecht, aangezien zij de deskundigen op dat gebied zijn. Toch dacht een van die onderzoekers, Utyonkov, dat de scheikundige unie 15 onafhankelijke deskundigen had aangeworven om de wetenschappelijke toetsing te doen. Hij ging ervan uit dat hem en twee Dubna-collega’s was gevraagd om alleen feiten en cijfers in de rapporten te controleren. “Ik weet niet hoe we als onafhankelijke scheidsrechters kunnen worden beschouwd,” zegt hij.
Terugkijkend wenst Jarlskog dat zij en de rest van de natuurkundige gemeenschap beter hadden opgelet hoe het hele beoordelingsproces was verlopen, met name de scheidsrechterlijke toetsing van de conclusies van de JWP. “Ik ga nachtmerries krijgen over hoe nalatig we zijn geweest.”
Om de gerezen zorgen weg te nemen, zijn de twee bonden het eens geworden over nieuwe procedures voor de beoordeling van eventuele toekomstige onderdelen. Volgens de gewijzigde regels, die in mei werden bekendgemaakt (zie go.nature.com/2ji1gv4), zullen de voorzitters van IUPAC en IUPAP nu elk de kans krijgen om de bevindingen van de JWP’s te beoordelen voordat zij hun conclusies gezamenlijk bekendmaken. Daartoe zullen zij een onafhankelijk peer-review-proces uitvoeren naast dat van Pure and Applied Chemistry.
McKellar zegt dat de veranderingen een positief effect zullen hebben. “
De veranderingen zullen sommige critici, zoals Jarlskog, echter niet tevreden stellen. “Ik denk gewoon niet dat de nieuwe regels iets zullen veranderen,” zegt ze.