科学史上的著名公案

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科学史上的著名公案   　　元素周期表是根据各个元素的原子核中的质子数从低到高排列的。1号元素(即其原子核含1个质子)是氢，自然界中最大号的元素是92号元素铀。比铀更大号的元素(超铀元素)就只能是用人工合成或半合成的，例如如果能让氢原子核和铀原子核聚合，就有了93号元素。但这需要把较轻的原子核用回旋加速器加速到极高的速度，去撞击较重的原子核，才有可能让二者聚合，从而产生一个更重的元素。
　　1932年，劳伦斯在加州伯克利建成世界上第一座回旋加速器后，发现新元素的竞赛就开始了。1940年，劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)首先发现93号和94号元素。此后的40年，他们又发现了12种超铀元素，把元素周期表一直推进到了106号，在竞赛中遥遥领先。
　　但是从上个世纪80年代起，LBNL不再是发现超铀元素的领军机构了，取而代之的是德国重离子研究中心(GSI)，他们在15年间，发现了107到112号共6种新元素。
　　LBNL希望能再现往日荣耀，在这场发现新元素竞赛中再拔头筹。为此，他们在1996年从GSI挖走了保加利亚裔物理学家维克多·尼诺夫。尼诺夫在GSI读完博士并做博士后，开发出一个用来分析实验原始数据的软件，是发现110、111和112号元素的关键人物。
　　GSI能够发现新元素的一个重要原因，是采用了一种被称为充气分离器的设备，原子核撞击后的各种产物在那里被分离、分析、记录。尼诺夫到达LBNL后，用了两年时间，帮助建造了一个充气分离器。
　　1999年初，伯克利的充气分离器建成，与已有的回旋加速器合用就可以用来发现新元素。但是研究人员知道，要合成的元素越重，其合成的概率就越低，几个星期都未必能合成1个原子。这时，波兰物理学家罗伯特·斯莫兰祖柯刚好在LBNL当访问学者。他提出了一个新理论，根据他的计算，合成118元素要比合成113～117号元素都容易，如果用36号元素氪撞击82号元素铅，合成118号元素的概率会大大增加。
　　没人知道斯莫兰祖柯的计算能否成立，不过，他提出的实验相对来说比较容易做，而且俄国杜布纳联合核子研究所刚刚在1998年宣布发现了114号元素，让LBNL的研究人员觉得不能再拖延下去了。于是他们决定不妨试试斯莫兰祖柯的方法。
　　1999年4月8日至12日，LBNL实验人员用一束经过加速器加速的氪核撞击铅靶，产生的碎片通过充气分离器，由各种探测器记录下每一次事件的能量、位置和时间。探测器记录下的大量原始数据用尼诺夫在GSl开发的程序进行处理。由于尼诺夫是唯一一个知道怎么用这个数据分析程序的人，所有的原始数据都交给他一个人处理。这个程序将二进制数据转化成人可以阅读的数字和文字，人们再从中寻找是否有新元素被合成的迹象：新元素合成后，将很快地相继衰变成一连串较小的元素并释放出a粒子，形成一条衰变链。
　　几天后，尼诺夫向同事宣布他从中发现了三条衰变链：118号元素衰变形成116号元素，再衰变成114号、112号，一直到106号元素。这与斯莫兰祖柯预测的完全相符，表示合成了3个118号元素原子。116号也是从未发现的新元素。如果是真的话，这个实验就一下子发现了两种新元素。
　　尼诺夫的同事们将信将疑，为保险起见，在4月30日N5月5日重复了实验。尼诺夫分析了实验数据后，又发现了一条衰变链。这足以让其同事确信实验结果是可以重复出来的，他们的确发现了118号元素!同事们经过仔细研究后，认为其中l条衰变链不成立，但还有3条衰变链是可信的。他们立即写成论文，投给《物理评论快报》。这篇宣布发现116号和118号元素的论文在1999年8月9日出版，共有15名作者，尼诺夫是第一作者。
　　一个新元素是否真的存在，还需要经过别的实验室的验证。1999年夏天，GSI、日本、法国的研究人员试图重复该实验，但都没能检测到118号元素。是因为他们用的设备不够灵敏，还是因为运气不好?2000年春天，LBNL重复了实验，这次他们也没能检测到118号元素。LBNL组织一个委员会调查此事，对实验提出了一些改进意见。2001年秋天，LBNL对检测设备做了改进后，再次重复实验。尼诺夫报告发现了一条衰变链。不过，这时尼诺夫的同事瓦尔特·拉夫兰德已掌握了如何用尼诺夫的程序分析原始数据，却没能发现衰变链。尼诺夫自己再次对数据做了分析，承认没有衰变链。
　　这下尼诺夫的同事们意识到以前的实验结果可能也有问题，他们回头重新分析1999年的实验数据，有的用尼诺夫的软件，有的用自己开发的软件，结果都没有发现任何衰变链。LBNL组织了有计算机专家参与的第二个调查委员会，发现衰变链虽然出现在尼诺夫转换的文本文件中，但是在原始数据中并不存在。LBNL发出新闻稿否定了118号元素的发现，并向《物理评论快报》撤回论文。但尼诺夫拒绝在撤稿信上签名，认为这么做过于仓促。
　　LBNL组织了第三个委员会，决定彻底调查此事。起初他们怀疑是尼诺夫的程序出了问题，这个怀疑很快被否决了。毕竟，一个出问题的程序碰巧拼凑出新元素衰变链的可能性小到完全可以忽略。另一种可能性是原始数据中本来含有衰变链，后来丢失了。如果是这样的话，也会留下痕迹，但是也找不到。
　　调查人员在研究分析程序的日志文件时，发现了蹊跷。程序的日志文件记录下了对该程序的操作情况。它显示，在2001年5月7日这一天，有人用尼诺夫的账号运行程序，并显示出118号元素衰变链。几个小时后，同样的数据又被做了分析，衰变链却不存在了。进一步的研究发现在前一次运行时，文档被作了篡改，刚好能出现衰变链。他们再去查1999年的记录，发现也有类似的篡改，篡改者也是用尼诺夫的账号登录的。
　　根据这一调查结果，2001年11月，LBNL命令尼诺夫离职休假，并组织由外部专家组成的第四个调查委员会调查尼诺夫是否有学术不端行为。12月，尼诺夫的前雇主GSI对1996年间发现112号元素的实验数据重新分析，当时报告有两条衰变链，重新分析的结果发现只有一条，另一条在原始数据中没有，而只出现在尼诺夫提交的文本文件中。他们于是回头检验尼诺夫参与的其他实验结果，发现1994年实验证明110号元素的存在的两条衰变链中，也有一条是尼诺夫捏造出来的。
　　综合这些发现，2002年3月，LBNL第四个委员会发布调查报告，认定尼诺夫伪造实验结果。2002年5月，LBNL开除尼诺夫。尼诺夫否认自己造假。他为自己辨护的理由并不新鲜，在其他造假事件中我们也曾见到：他声称如果他要造假的话，决不会造得这么拙劣，几分钟就能被发现，而且还不销毁造假证据；他又声称是有人在陷害他，因为他的账号密码其同事都知道——他忘了，在1999年别人还都不会用他的程序，想陷害他也无从下手。不管怎样，尼诺夫向主管部门提出了申诉，但未被受理。此后他脱离了科研——事实上也不可能再有科研机构雇佣他。现在他在加州太平洋大学教本科物理。
　　尼诺夫在GSI和LBNL的前同事都对尼诺夫为何要造假觉得难以理解。110号元素和112号元素都各有一条真实的衰变链能够证明其存在，尼诺夫为何要多此一举去伪造虚假的衰变链?莫非只是为了试验一下造假能否蒙混过去?当他到LBNL参与合成118号元素时，他已功成名就，造假似乎不能给他带来太大的好处，反而只能让其身败名裂——毕竟，物理学的造假和生物学的造假不太一样，是很容易被戳穿的，越是重大的造假，越是容易引起别人的注意，就越是容易被戳穿。也许，这种一而再、再而三的拙劣而重大的造假，应该视为一种病态行为，其动机和心态非常人所能理解。
　　2006年10月，俄国杜布纳联合核子研究所与LBNL合作，用不同方法发现了118号元素。这个新结果看来是真实可信的。