这是关于元素发现的故事：英雄、恶棍、原子弹、自然灾害、深夜飙车、紧急迫降、巨型粒子炮……超重元素属于开拓者和梦想家。它们或许只能存在几秒，但这正是它们令人着迷的原因。当某种超重元素的原子被制造出来时，它很有可能是那种元素在宇宙中唯一存在的原子。
    超重元素改写了原子结构理论，给我们带来了核能、癌症治疗方法、烟雾探测器，甚至是肯德基。它们甚至让互相较量的各国科学家团结起来，弥合分歧……

    本书讲述了元素周期表中的“超重”元素是如何被发现的。本书以清晰、易懂的术语解释了简单的原子结构理论，回顾了发现新元素的精彩而复杂的科学历程，讲述了科学家们的逸闻趣事和围绕新元素展开的学界甚至政治纷争，揭示了新元素对人类认知、历史和社会进程的重大影响。本书适合对化学、物理学、科学史和近代史感兴趣的读者阅读。

    一张表格能隐藏多少秘密？也许是无穷多。150多年前，门捷列夫的元素周期表里只有63种元素。而在21世纪最初的十几年中，科学家们已经填满了第7个周期，118种元素整齐在列。本书中生动的科学探索故事告诉我们，这张简洁的表格背后有着无数科学家为之奋斗的艰辛，还有着至今未能清楚说明的物质规律。科学家们有时像孩子一样，有着单纯的好奇心和无私的合作精神，但有时也要与同行展开激烈的竞争，面对研究过程中来自多方面的干扰，争夺元素发现的优先权和命名权等荣誉……即使是最小的元素单位，也能在复杂的现实世界里掀起波澜。
    ——科普作家、天体物理学博士孙正凡（@松鼠老孙）

    基特·查普曼（Kit Chapman），毕业于英国布拉德福德大学，现为医学及药学科学记者，亦是英国广播公司科普主持人，曾任英国皇家药学会医药出版社资深编辑，英国《化学世界》《化学与药剂师》《每日电讯报》编辑，曾获得英国杂志编辑协会和专业出版商协会的新进记者奖。

引言
第一部分  原子的孩子
  01  现代炼金术
  02  吉尔曼楼的秘密
  03  如何制造原子弹
  04  超人大战联邦调查局
  05  加利福尼亚大学伯克利分校
  06  吉米·罗宾逊之死
  07  总统与甲壳虫汽车
第二部分  超镄元素之争
  08  “锘”即若离
  09  来自苏联的弗廖罗夫
  10  东方与西方
  11  空格和幻数
  12  科学边缘的生活
  13  冷聚变
  14  改变规则
  15  如何命名元素
第三部分  化学的终结
  16  墙倒之后
  17  尼诺夫造假案
  18  新希望
  19  初日之光
  20  未知边缘
  21  超重之外
后记
致谢
人名对照表
参考文献

    2016年1月，我跟一位电台主持人辩论了一番。几周前，我正在收听一档节目，这时有人问英国广播公司的西蒙·梅奥世界上有多少种元素。“118种。”他脱口而出。
    我不禁皱起了眉头。尽管身为一名科学记者，但我对于元素周期表在哪儿结束所知甚少——表中最后区域里的元素转瞬即逝，似乎算不上真正的元素。但我可以确定的是只有114种元素：周期表上有112种连续编号的元素，而114号和116号元素是单独存在的。我准备回家确认一下。
    答案就是114种，梅奥错了。
    一周后，发现4种新元素的消息得到了确认——这让元素总数变成了118种。我闲来无事，便在推特上说梅奥有未卜先知的能力。“这件事已经传了好一阵子了！”他反唇相讥道。我气不过，便开始研究这几种新元素——好像这样做我以后就能给电台主持人发更多言辞傲慢的邮件似的。几小时后，我意识到自己错过了一个未被讲述的伟大的科学历险。对于整整三代人来说，现代元素发现史见证了英雄、恶棍、原子弹、自然灾害、深夜飙车、紧急迫降以及巨型粒子炮。它给我们带来了核能、核武器、癌症的治疗方法、烟雾探测器和肯德基（我没开玩笑）。它使各国团结起来，还让冷战中的敌人握手言和。
    超重元素（104号及以上的元素）或许只能存在几秒，但这正是它们令人着迷的原因。当某种超重元素的原子被制造出来时，它很有可能是那种元素在宇宙中唯一存在的原子。超重元素属于开拓者和梦想家。
    超重元素也不仅仅跟元素本身有关。以前很多时候，科学被视为白人老先生们的地盘。我希望你能在阅读这本书的过程中意识到这种认识是错误的。超重元素发现人的年龄、国籍、种族和性别各不相同。很多人并不知道，1952年，一位28岁名叫吉米·罗宾逊的飞行员在执行一项任务时牺牲了，而这项任务促成了两种元素的发现；也没有多少人知道，一位名叫詹姆斯·哈里斯的非裔美国人是发现104号元素的关键成员；人们也甚少知道，一位名叫达琳·霍夫曼的女性带领团队发现了地球上有史以来最为稀有的天然元素矿床。科学不关心你的相貌和出身。
    这是一个全球性的故事。为了把它讲好，我访问了4个大洲的8个国家。我遇见的人绝非只是科学家，他们还是探索者。对于他们来说，发现一种新元素带给他们的兴奋和登上一块未被标记的陆地是一样的。超重元素已经开始重写原子结构的法则，它们使元素周期表在某种程度上失去了意义，它们或许会很快终结我们熟知的化学。
    在20世纪，科学家们制造元素并拓展元素周期表。到了21世纪，他们将制造重塑元素周期表的元素。
    这是关于他们的故事。

    英国皇家学会位于伦敦市中心，距离白金汉宫仅咫尺之遥。它是世界上最负盛名的科研机构之一。它的章程是一本令人敬畏的名单，上面包含了自其1660年成立以来每一位会员的签名：艾萨克·牛顿、迈克尔·法拉第、斯蒂芬·霍金，等等。原子和元素的发现者也让它熠熠生辉。仔细翻阅，你会看到欧内斯特·卢瑟福、恩里科·费米、莉泽·迈特纳和格伦·西博格的签名。（直到1945年，皇家学会才开始接纳女性会员，因此玛丽·居里不在其中。）接待大厅位于楼上，历代杰出人物齐聚于此，向他们那个时代的伟人致敬。
    2018年3月13日晚，这里济济一堂，大家都是来向尤里·奥加涅相致敬的。超重元素界却是山雨欲来风满楼，这一次事关杜布纳和利弗莫尔团队是否有充足的证据证明他们发现了117号元素。没有人真的怀疑他们发现了石田，争论的焦点在于元素发现的含义。即便如此，昔日之争再次涌上心头。当俄罗斯团队在会议上遭到质疑时，他们全体起身离场了。
    但现在还不是抗议的时候，此时他们应该休整、反思和庆祝。
    “元素猎人”们的创造改变了我们的世界，他们的名字变成了传说。
    埃德温·麦克米伦继续领导伯克利实验室直到1974年。从1984年开始，他多次中风，最终在1991年因糖尿病并发症去世，享年83岁。你可以在华盛顿特区的美国国家历史博物馆看到他获得的诺贝尔奖章。
    菲尔·阿贝尔森对海军产生了兴趣，他在1946年发表了一篇支持发展核潜艇的报告。如今核潜艇已经成为各国海军的标准配置。他于2004年去世。 艾伯特·吉奥索一直都是顶尖的元素发现人。他不愿退居二线享受退休生活，便继续在伯克利实验室工作到暮年。作为硕果仅存的一位首批“元素猎人”，他于2010年去世，享年95岁。他的妻子威尔玛在1995年去世，正是她和海伦·西博格一起让吉奥索加入了伯克利团队。 肯尼斯·斯特里特重新回到伯克利，后来成为这所实验室的副主任，他于2006年去世。 格利高里·肖邦去了美国佛罗里达州立大学任教，为了纪念他，该校的化学教授职位以他的名字命名。他于2015年逝世。 伯纳德·哈维在伯克利的职业生涯长远且成功，他于2016年去世。 詹姆斯·哈里斯在1988年退休。他不知疲倦地为有色人种科学家发声，还努力捍卫贫困社区获得教育的权利。他养育了5名子女，于2000年去世。 肯·休利特在杜布纳和利弗莫尔开始合作没多久后就以个人原因退休了。他于2010年去世。 很多元素制造者如今依然健在。马蒂·努尔米亚和马蒂·莱伊诺还在芬兰于韦斯屈莱大学教书，卡里和皮尔科·埃斯科拉夫妇也生活在这里。 GSI的彼得·安布鲁斯特在法国享受着快乐的退休生活。 格特弗里德·明岑贝格和西格德·霍夫曼基本上退休了，但两人还会经常参加超重元素的会议。 道恩·肖内西还在利弗莫尔，依然全心全意地为科研领域的女性和遥远的星系发声。2018年，她成为美国化学会的成员。南希和马克·斯托耶也在那里，他们二人是化学家和物理学家可以和平共处的活生生的例子。 詹姆斯·罗伯托和凯文·史密斯已经从橡树岭退休，但团队的其他成员还在利用他们制造的加速器不断创造小小的奇迹。 俄罗斯和日本团队依然还在寻找新元素。他们寻觅着，他们希望着，他们梦想着。 维克托·尼诺夫，就是那个据说在118号元素的发现过程中进行数据造假的科学家，再也没有回到超重元素领域，与他之前的朋友也没有任何联络。他现在生活在美国加利福尼亚。 不少接触过超重元素的人在离开该领域后取得了巨大的成功，其中三人获得了诺贝尔奖。 埃米利奥·塞格雷利用伯克利的质子加速器发现了反质子——质子的反物质。他于1989年去世。 路易斯·阿尔瓦雷茨因其对基本粒子物理学的贡献获得了诺贝尔奖，他被公认为当代最伟大的科学家之一。在晚年，他提出了阿尔瓦雷茨假说：恐龙是因为小行星撞击地球而灭绝的。他于1988年去世。 梅尔文·卡尔文最终将关注点转移到植物生物学上。他把化学知识应用到光合作用中，绘制出了卡尔文循环——对地球上的生命极其重要的反应。他于1997年离世。 为元素制造者搭桥铺路的科学家也从未被遗忘。 玛丽-安妮·波尔兹·拉瓦锡在法国大革命中幸存了下来，后来嫁给了英国物理学家拉姆福德伯爵。她一直保留着第一任丈夫的姓氏，以此作为对他的忠诚的标志。她于1836年去世。 欧内斯特·卢瑟福被公认为有史以来最伟大的科学家之一，他于1937年去世，安葬于英国威斯敏斯特大教堂。 和卢瑟福一起发现嬗变的弗雷德里克·索迪的结局却不那么光彩。尽管他凭借对同位素的研究获得了诺贝尔奖，但他在20世纪20年代提出了很多极富争议的关于经济和反犹太人的观点。他于1956年去世。 詹姆斯·查德威克因其对曼哈顿计划的贡献而受封爵士，后来成为英国剑桥大学冈维尔与凯斯学院的院长。他于1974年去世。 奥托·哈恩成为当时新建立的联邦德国最具影响力的人物之一，他被许多人视为科学界正直的楷模。他发现的原子裂变导致了核武器的出现，一想到这些他就备受煎熬，于是他也和班布里奇以及西博格一样成为核裁军的主要倡导者。 莉泽·迈特纳被美国国家新闻俱乐部提名为1946年的年度女性，她或许是玛丽·居里之后最有影响力的女性科学家。她跟哈恩是一辈子的朋友，两人都于1968年去世。 劳拉·费米继续为她的丈夫撰写传记。尽管记述这位“物理教皇”的书已经数不胜数，但她的作品却是最详尽、最好的。她于1977年去世，身后留下两个孩子。 海伦·西博格和格伦·西博格养育了7名子女，她作为儿童福利的倡导者而被今天的人们铭记。她和丈夫花了很多时间去户外徒步旅行，开辟的徒步线路遍及整个加利福尼亚。今天，你可以在“美国探索游径”中跟随西博格夫妇的脚步。她于2006年去世。 肯尼斯·班布里奇在曼哈顿计划结束后回到哈佛大学，后来成为该校物理系的主任。他在原子能方面的经历让他把余生都奉献给了核裁军。他于1996年去世，享年91岁。 玛丽亚·格佩特-梅耶于1972年逝世。她的核壳模型如今依然是大部分超重元素研究的关键。金星上的格佩特-梅耶撞击坑就是为了纪念她而命名的。 吉米·罗宾逊的女儿贝基·米勒在佛罗里达致力于对美国原子计划老兵的支持。罗宾逊家族对科学的贡献通过她得到了传承：米勒的女儿学的是化学专业。 肯·格雷戈里奇于2018年从伯克利退休，但杰克琳·盖茨继续从事对回旋加速器的研究。 沃尔特·洛夫兰继续参与美国俄勒冈州的社区工作。 保罗·卡罗尔在美国卡内基·梅隆大学授课，他现在是国际化联会与国际物联会联合工作组的重要成员，这个工作组可以对元素的发现时间做出裁定。 戴维·欣德和南达·达斯古普塔仍然在澳大利亚国立大学向极限推进。（是的，马克·斯托耶真的在他离开前给冰箱塞满了啤酒。） 海因茨·盖格勒和罗伯特·艾希勒都在瑞士继续他们的研究。 达琳·霍夫曼如今90多岁了，住在加利福尼亚。她受到了化学界的一致崇敬。2017年，《化学化工新闻》投票选举她为13位本该获得诺贝尔奖的女性化学家之一。她从来没有发现过一种元素，但考虑到其同事对她的感情，她或许发现了更多的东西。 在发现元素的70年的历史中，上面提到的那些名字只是沧海一粟。全世界无数研究员、理论家、实验家、技术员、教授和学生经年累月地投入对超重元素的研究中。中国和法国也涌现出了一批新的研究者，他们渴望拥有一种属于自己的元素。他们的贡献不会被忘记。 在接下来的5年中，超重元素界的总体目标很简单。首先，研究者们要发现119号和120号元素。这是杜布纳和理化所之间的竞赛，没有人知道谁会胜出。在我游历期间，新元素的潜在发现者告诉了我好几个为它们准备的名字，这些名字暂时要先保密。 下一个目标是进一步接近稳定岛。如果我们能实现这一目标，超重元素就将不再是实验室里一种飘忽不定、转瞬即逝的物质，而是我们世界的一种基本成分。没人知道这究竟有多重要。 最后，元素制造者们想要大规模生产超重元素。这将使人们能够展开规模更大、风险也更大，同时也不受时间过多影响的化学实验。有了它们，我们将更加了解世界。或许氨是最后一种依然适用元素周期表的元素，或许它不是，我们只有在研究之后才会知道。 当然这里也存在着危险。超重元素界的科学家逐渐老去，没有足够的新人来将这份工作继续进行下去。研究基金也在缩减。一些重要的设备，比如橡树岭的高通量同位素反应堆，正在受到威胁——它的使用寿命即将结束，但美国政府目前还没有替换它的计划。所有人都相信我们将在接下来的5年中发现两种新元素，但对于发现它们后面的5种元素，人们就没有那么乐观了。 我们再回到英国皇家学会。我瞥了一眼奥加涅相。他现在快90岁了，依然是超重元素领域首屈一指的人物——就好像物理学家中的摇滚明星，他填补的元素周期表第七排的空白比任何人都多。尽管诺贝尔奖的审议过程是秘密进行的，但我知道他已经被提名很多次了。以他的名字命名的元素或许会转瞬即逝，但他所留下的将永垂不朽。 我在这段旅程开始的时候就说过，大多数科学家并不认为元素周期表中最后26种元素有多重要。甚至还有人质疑：这些超重元素和单个的原子如此不稳定，不到1秒就会消失，它们也算是“真正”的元素吗？它们没有什么用处。你无法把一种超重元素握在手心。当你读到这里时，它们中很多元素甚至并不存在于宇宙之中，它们就像化学“独角兽”。 但我们知道，这些“独角兽”是存在的。在科学和人类精神交汇的地方，有某种东西驱使着人们去探索未知事物。我们就是通过这种方式来回答那些我们甚至还没想到的问题的。寻找超重元素就是这种对知识的渴求的绝佳范例。我们之所以要去寻找超重元素，就是因为我们需要认识和理解世界。 对此我很乐观。超重元素界经历了20世纪最猛烈的暴风雨，这些人还在继续完成这幅世界的拼图。他们团结在一起，从未如此强大。 这不是这篇超重元素故事的结尾。 它更像故事的开篇。