1938 年的诺贝尔物理学奖颁发给了费米,因为费米通过中子辐照技术产生了新的放射性元素。但当时所有的人都没意识到一个问题:那就是费米在实验中产生的新元素并不是他们想象中的那个。
事情是这样的:费米他们当时的设想是利用中子轰击铀 -238,形成新的核素,新核素再通过β衰变衰变到 93 号元素,最后再对反应产物进行化学提纯,提取出 93 号元素。
由于当时人们还并不知道锕系元素的存在,所以费米顺着元素周期表一路查下去,最后认为 93 号元素应该属于ⅦB 系,而 93 号元素的化学性质应该与同一竖排的 75 号元素铼的性质接近,即应该是一个准铼元素。他们对核反应产物进行了化学分析,并成功的发现了一种与预期性质一样的新元素。
不过费米小组的成员还是有些困惑:按照他们的分析,反应中产生的新元素应该占较少的比例,但实际实验中生成的反应产物远远多于预期。虽然之后的一段时期内世界各地的其它实验小组都重复了该试验并证明了他们的正确性,但是他们内心深处还是有些不安。
费米因为这项研究工作而获得了诺贝尔物理学奖,正当费米带着家人逃离意大利去斯德哥尔摩领取奖金时,在德国,哈恩、斯塔拉斯曼和 Meitner 等人发现了核裂变现象,当费米小组的成员们知道这个消息的时候,所有的人都惊呆了,因为他们意识到他们已经错失了一次名垂青史的机会,那就是发现核裂变。
费米等人在实验中用中子轰击铀核,今天的我们知道这可能会导致核裂变的出现。事实上也确实如此,实验中铀核发生裂变,其中就包括了 43 号元素锝。由于当时人们尚未发现元素锝,费米他们就误把 43 号元素当成 93 号元素对待了,坦率的说这个错误是很难避免的,当时谁也没想到原子核会发生裂变。费米在用中子轰击铀元素之前也轰击过其它元素,它们都没有发生裂变,所以在惯性思维的驱使下费米很难会往裂变方面去想。
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评论中有人在问为什么费米他们当时没有测量原子量,我找到了费米于 1934 年发表于上的文章:
因为我不是学化学的所以很多地方没怎么看懂,不过大致能看出来费米他们使用的是排除法,他们把铀附近的元素都排除了(因为化学性质明显不同),最后推测可能是 93 号元素。
当然,这里面还有另外一个困难:这种新合成的元素寿命只有 13 分钟,它在反应过程中还会不断地衰变产生新的元素,这无疑进一步增加了分析的难度。