眾所周知的元素週期表，雖然已經接近150週歲的“高齡”，但它所含有的元素種類至今仍在繼續增長。在2016年，就新增了Nh、Mc、Ts 和 Og四種元素，它們的原子數（即原子核中質子的數量）分別為113、115、117和118，這一數值決定了它們的化學性質以及在週期表中的位置。
在2002年到2006年期間，世界各地科學家通過重離子聚變反應制造出了這四種新的元素。之後，科學家再用了十年的時間才最終確認它們在元素週期表中的位置。
在元素週期表中，“超重元素”一詞通常是指原子數大於或等於104的化學元素。已知的所有超重核都具有放射性；它們都是在核實驗室中通過合成而獲得的。在1994年至2004年期間，通過在實驗中運用鉛或鉍，科學家得到了原子數為110到113的較輕同位素。當原子數達到113時，反應生成截面會迅速下降，因此若想要繼續使用這種方法來獲得更重的元素將會極度困難。
而使用與富含中子的Ca-48粒子束和錒系元素有關的熱核聚變反應讓這一領域發生了革命性的改變，在1998到2008年期間，這一方法讓科學家測量到超過50種原子數在114到118的新元素的同位素。2006年合成的Og-294標誌著目前核電荷與質量的極限，而且它非常的不穩定，會迅速的進行衰變，半衰期僅為0.89毫秒，這一時間對於化學研究來說實在太短。這意味著計算它的電子和核結構是退而求其次的最佳選擇。
現在，科學家想要知道的問題是：可以存在的最重的核和原子是什麼？自然界中是否存在長生命週期的超重核？超重核能否在恆星中產生？元素週期表的最後一個元素會是什麼？那些超重原子的化學性質又是什麼？這些問題的部分答案可以在核物理學教授Witold Nazarewicz最近發表於《自然-物理》的論文中找到。
據預測，當原子的質子數多達172個時，就能在核力的作用下，物理性地形成一個結合在一起的原子核。正是這種核力阻止了原子的解體，但它能維持的時常只有幾分之一秒。
如上文中提到的，這些在實驗室中製造的原子核非常不穩定，它們會在形成後不久就發生自發性的衰變。對於比Og還重的物質，這一過程可能極快，以至於它們沒有足夠的時間吸引並捕獲一個電子來形成原子。因此它們的整個生命週期都將以一種質子與中子的聚集形態存在。但如果真是這樣的話，這將挑戰科學家現有對“原子”的定義和理解方式。那麼，原子將不能再被描述成一個有電子環繞的中心核。
目前，我們並不知道這樣的原子核是否真的可以形成。科學家們正在緩慢但堅定地接近這一答案。他們在不知道那些元素會是什麼樣子、會有怎樣性質的情況下，將它們逐個合成。119號元素的搜尋工作也正在全球幾個實驗室中進行。
Nazarewicz說：“核理論缺乏能夠可靠預測合成元素時所需的最佳條件的能力，所以在發現什麼東西之前，你只能靠猜測、以及核聚變實驗的開展。而通過這種方法，可能需耗費多年的努力。”
如果119號元素一旦被確認，它將開啟元素週期表的第8行週期。Nazarewicz表示，實驗已經在進行中，我們或許離這一發現已經不遠了。
除此之外，還有一個令人興奮的問題依然存在，那就是超重核是否能在太空中生成？人們認為這些超重元素是可以在中子星合併中形成的，因為這種恆星碰撞的力量非常強大，以致於足以撼動宇宙的結構。在中子很豐富的恆星環境中，一個原子核能與更多的中子融合，形成更重的同位素。它們會具有相同的質子數，因此仍是相同的元素，但質量更大。而它們面臨的挑戰是——重核非常的不穩定，以至於早在更多的中子被加入來形成這些超重核之前，重核就已經分解了。這會阻礙重核在恆星中的產生。科學家希望通過更加先進的模擬，從可被觀測到的合成元素模式中“看到”這些難以捉摸的原子核。
隨著實驗能力的提高，科學家們將搜尋這些更重的元素，並將它們添加到元素週期表上。而與此同時，他們只能憑想象來設想這些奇異的元素將會有怎樣神奇的應用。
[1] http://www.nature.com/articles/s41567-018-0163-3
[2] https://www.frib.msu.edu/news/2018/oganesson-periodic.html
閱讀更多 原理 的文章
