Nastrój w zamku Bäckaskog w południowej Szwecji powinien był być optymistyczny, gdy chemicy i fizycy zebrali się tam na sympozjum w maju 2016 roku. Spotkanie, sponsorowane przez Fundację Nobla, zaoferowało badaczom szansę na podsumowanie globalnych wysiłków zmierzających do zbadania granic nauk jądrowych, a także na uczczenie czterech nowych pierwiastków, które dodali do układu okresowego kilka miesięcy wcześniej. Nazwy tych pierwiastków miały zostać ogłoszone w ciągu kilku dni, co było ogromnym zaszczytem dla naukowców i krajów odpowiedzialnych za odkrycia.
Mimo że wielu uczestników spotkania było zachwyconych rozwojem swojej dziedziny i nagłówkami gazet, które to generowało, znaczna liczba była zaniepokojona. Obawiali się oni, że proces oceny twierdzeń o nowych pierwiastkach jest wadliwy, i byli zaniepokojeni, że przeglądy ostatnich odkryć były niewystarczające. Niektórzy uważali, że nie ma wystarczających dowodów, aby uzasadnić wpisanie najbardziej kontrowersyjnych pierwiastków, numerów 115 i 117. Naukowa integralność układu okresowego była zagrożona.
Pod koniec spotkania jeden z naukowców poprosił o podniesienie ręki, czy powinni ogłosić nazwy pierwiastków zgodnie z planem. Pytanie to ujawniło głębię obaw wśród tłumu. Walter Loveland, chemik jądrowy z Uniwersytetu Stanowego Oregonu w Corvallis, mówi, że większość naukowców opowiedziała się za opóźnieniem ogłoszenia. Wywołało to niezwykłą reakcję ze strony niektórych rosyjskich naukowców, którzy kierowali pracami, w wyniku których powstały trzy z tych pierwiastków. „Po prostu tupnęli nogami i wyszli” – mówi Loveland. „Nigdy nie widziałem czegoś takiego na spotkaniu naukowym.”
Mimo obaw, nazwy pierwiastków zostały ogłoszone wkrótce potem. Nihonium (liczba atomowa 113), moscovium (115), tennessine (117) i oganesson (118) dołączyły do 114 wcześniej odkrytych pierwiastków jako stałe dodatki do układu okresowego. Prawie 150 lat po tym, jak Dymitr Mendelejew wymarzył sobie taką strukturę organizacyjną, siódmy rząd tablicy został oficjalnie ukończony.
Jednak sposób, w jaki rozegrały się wydarzenia, głęboko zaniepokoił niektórych badaczy. Claes Fahlander, fizyk jądrowy z Uniwersytetu Lund w Szwecji, spodziewa się, że wyniki eksperymentów ostatecznie potwierdzą twierdzenia dotyczące moskowitu i tennessinu. Niemniej jednak twierdzi on, że zatwierdzenie tych pierwiastków było „przedwczesne”. „Jesteśmy naukowcami”, mówi. „Nie wierzymy – chcemy zobaczyć dowód.”
Jak świat przygotowuje się do świętowania Międzynarodowego Roku Układu Okresowego w 2019 roku, debata nad czterema dodatkami wymusiła reformy procesu weryfikacji innych nowych pierwiastków w przyszłości. I kontrowersje rzuciły chmurę niepewności nad dolnym rzędem pierwiastków: możliwe, że organy zarządzające tablicą mogą ponownie ocenić niektóre z najnowszych odkryć.
Część kontrowersji wynika z rozdźwięku między niektórymi chemikami i fizykami na temat tego, kto powinien być prawowitym opiekunem układu okresowego. Chemicy historycznie zajmowali tę rolę, ponieważ to oni odkryli naturalnie występujące pierwiastki dzięki technikom chemicznym w ciągu stuleci pracy.
Przez ostatnie kilkadziesiąt lat to fizycy jądrowi prowadzili poszukiwania nowych pierwiastków – tworząc je sztucznie poprzez rozbijanie jąder atomowych o tarcze (patrz 'Jak stworzyć pierwiastek'). Wyprodukowanie zaledwie jednego atomu tych superciężkich pierwiastków może zająć lata, a ponadto są one notorycznie niestabilne – rozpadają się w wyniku rozpadu promieniotwórczego w ułamkach sekund. Tak więc, w miarę jak grupy rywalizowały o to, by jako pierwsze stworzyć kolejne pierwiastki, coraz trudniej było uzyskać dowód ich odkryć.
Rywalizacja rodzeństwa
Odpowiedzialność za zatwierdzanie lub odrzucanie nowych pierwiastków spoczywa na dwóch siostrzanych organizacjach: Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) oraz Międzynarodowej Unii Fizyki Czystej i Stosowanej (IUPAP). Od 1999 r. polegają one na opinii panelu ekspertów znanego jako wspólna grupa robocza (JWP), której przewodniczy Paul Karol, chemik jądrowy i emerytowany profesor Uniwersytetu Carnegie Mellon w Pittsburghu (Pensylwania). Ostatnia wersja JWP zebrała się w 2012 roku i została rozwiązana w 2016 roku. W jej skład wchodził Karol i czterech fizyków.
W tym czasie grupa przyznała zasługi za odkrycie pierwiastków 115, 117 i 118 rosyjsko-amerykańskiej współpracy kierowanej przez weterana fizyki jądrowej Jurija Oganessiana z Joint Institute for Nuclear Research (JINR) w Dubnej w Rosji. A panel przypisał element 113 naukowcom z RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science w pobliżu Tokio.
Decyzje JWP zostały ogłoszone publicznie 30 grudnia 2015 r., kiedy IUPAC wydał komunikat prasowy trąbiący o odkryciach czterech nowych pierwiastków (które nie otrzymały jeszcze swoich formalnych nazw). Urzędnicy Związku powiedzieli, że pracowali szybko, aby rozgłosić decyzje. W rzeczywistości ogłosili komunikat, zanim komitet wykonawczy związku mógł zatwierdzić wnioski JWP, co jest określone w opublikowanym regulaminie związku1; zatwierdzenie to nastąpiło w następnym miesiącu. Co bardziej kontrowersyjne, wnioski JWP nie zostały nawet pokazane związkowi fizyków, IUPAP, który oczekiwał, że je zobaczy, mówi Bruce McKellar z Uniwersytetu Melbourne w Australii, który był wtedy prezydentem IUPAP.
To przeoczenie zaogniło istniejące wcześniej napięcia między dwoma związkami. Cecilia Jarlskog, fizyk z Uniwersytetu w Lund i prezydent IUPAP przed McKellarem, twierdzi, że przez lata związek chemików niesprawiedliwie zdominował proces oceny odkryć. (Karol powiedział Nature, że przygotowując raporty JWP, kontaktował się niemal wyłącznie ze związkiem chemicznym). Wyładowując swoją frustrację na szwedzkim spotkaniu w 2016 roku, oskarżyła IUPAC o próbę kradzieży blasku reflektorów poprzez samodzielne ogłoszenie odkrycia i argumentowała, że tylko fizycy „mają kompetencje” do oceny wniosków, zgodnie z opublikowaną wersją jej prezentacji2.
Przy tej okazji napięcia w środowiskach fizyków i chemików zostały spotęgowane przez krytykę oceny przez JWP wniosków dotyczących pierwiastków 115 i 117. JWP poparło3 wnioski zespołu, który odkrył te pierwiastki, który stwierdził, że łańcuchy rozpadów radioaktywnych pierwiastków 115 i 117 pasują do siebie w sposób, który wzmacnia dowody na oba odkrycia. Jednak tego rodzaju analiza „bombardowania krzyżowego” jest notorycznie trudna w przypadku pierwiastków o numerach nieparzystych. Fahlander i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Lund donoszą4 , że dopasowanie jest bardzo mało prawdopodobne dla 115 i 117 – na co zwrócono uwagę JWP w lutym 2015 roku.
Członek panelu Robert Barber, fizyk jądrowy na Uniwersytecie Manitoba w Winnipeg w Kanadzie, mówi, że chociaż on i jego koledzy „byli bardzo zaniepokojeni” bombardowaniem krzyżowym, doszli do wniosku, że nie ma alternatywy dla tego typu dowodów, i osiągnęli konsensus we wszystkich swoich decyzjach. Loveland również popiera ogólną decyzję. I nawet jeśli ostatni JWP pomylił się w niektórych szczegółach, mówi, historia pokazuje, że jego decyzje są mało prawdopodobne do odwrócenia.
Jednakże fizyk jądrowy z Dubnej, Władimir Utyonkow, celuje w JWP. Chociaż nie zgadza się z argumentem grupy Lunda o bombardowaniu krzyżowym i jest przekonany, że twierdzenie rosyjsko-amerykańskie jest solidne, Utyonkow utrzymuje, że w panelu brakowało ekspertów „wysokiego szczebla” w dziedzinie syntezy ciężkich pierwiastków, i twierdzi, że projekty raportów zawierały liczne błędy. Karol broni pracy, którą on i jego koledzy wykonali w ramach JWP, mówiąc, że starali się przestrzegać opublikowanych kryteriów rządzących procesem oceny. W sumie, jak mówi, „uważam, że komisja była bardzo zadowolona ze swojego raportu”.
Wydaje się jednak, że większość delegatów na spotkaniu w Szwecji w 2016 roku była krytyczna wobec JWP. David Hinde, fizyk jądrowy z Australian National University w Canberze, zapytał około 50 obecnych naukowców, czy ich zdaniem ustalenia panelu są „naukowo satysfakcjonujące”. Mówi, że otrzymał bardzo niewiele pozytywnych odpowiedzi na to pytanie.
Pytania recenzentów
Mimo różnych obaw, IUPAC i IUPAP poszły naprzód w czerwcu 2016 roku i ogłosiły nazwy czterech nowych pierwiastków. McKellar przyznaje, że miał wątpliwości, czy to zrobić, ale mówi, że większość fizyków i chemików, z którymi się konsultował, powiedziała mu, że ogólne wnioski JWP – jeśli nie wszystkie szczegóły ich analiz – były prawdopodobnie rozsądne.
Jan Reedijk, ówczesny przewodniczący wydziału chemii nieorganicznej IUPAC, mówi, że wstępne ogłoszenie nastąpiło wcześnie, aby uniknąć przecieków prasowych i zaspokoić żądania laboratoriów roszczeniowych, które bardzo chciały, aby wieści się rozeszły. Aby to umożliwić, mówi, szybko zatwierdził ustalenia JWP w grudniu 2015 r. w imieniu swojego wydziału, po tym, jak został on zrecenzowany i przyjęty do publikacji w związkowym czasopiśmie „Pure and Applied Chemistry”. „Zauważyłem, że właściwe recenzowanie zostało wykonane, więc dałem moje 'tak' w mniej niż godzinę”, mówi.
Jednakże, nie jest jasne, czy naprawdę niezależny przegląd miał miejsce. Według dyrektora wykonawczego związku chemików Lynn Soby, praca JWP została sprawdzona w dwóch etapach przed ogłoszeniem wyników. Najpierw jej wyniki trafiły do kilku laboratoriów, głównie tych zaangażowanych w najnowsze odkrycia, a także do innego recenzenta zasugerowanego przez jedno z laboratoriów. Następnie raporty JWP zostały przesłane do członków komisji ds. terminologii, nomenklatury i symboli związku chemicznego.
Soby mówi, że zadaniem komisji było sprawdzenie błędów w sformułowaniach i formatowaniu, a zatem to laboratoria musiały zapewnić naukową kontrolę. Ona mówi, że to było właściwe, biorąc pod uwagę, że są one ekspertami w tej dziedzinie. Jednak jeden z tych badaczy, Utyonkov, uważał, że związek chemiczny zatrudnił 15 niezależnych ekspertów do przeprowadzenia przeglądu naukowego. Założył, że on i dwóch kolegów z Dubnej zostali poproszeni o sprawdzenie jedynie faktów i liczb w raportach. „Nie wiem, jak można nas uznać za niezależnych arbitrów” – mówi.
Patrząc wstecz, Jarlskog żałuje, że ona i reszta społeczności fizyków nie zwróciła większej uwagi na to, jak przebiegał cały proces oceny, a w szczególności na to, jak wyglądało sędziowanie wniosków JWP. „Będę miała koszmary o tym, jak bardzo byliśmy niedbali.”
Aby odnieść się do podniesionych obaw, oba związki uzgodniły nowe procedury oceny wszelkich przyszłych elementów. Zgodnie ze zmienionymi zasadami, które zostały wydane w maju (patrz go.nature.com/2ji1gv4), przewodniczący IUPAC i IUPAP będą teraz każdy dostać szansę przeglądu ustaleń JWPs przed ogłoszeniem swoich wniosków razem. Aby to zrobić, przeprowadzą niezależny proces peer-review obok tego z Pure and Applied Chemistry.
McKellar twierdzi, że zmiany będą miały pozytywny efekt. „Każdy związek opracował dobry trochę zaufania pracując razem na tym,” on mówi.
Ale te zmiany nie zadowoli niektórych krytyków, takich jak Jarlskog. „Nie sądzę, aby nowe zasady cokolwiek zmieniły” – mówi.