經過一年的精心策劃，超稀有放射性元素锫的微觀樣本近日抵達伯克利實驗室。在這批锫無法使用之前，研究人員僅有48小時的時間進行實驗。一組近20名研究人員集中精力，致力于創造一種全新的分子。

2025 年 3 月 21 日星期五，首席研究員 Stefan Minasian(左)和 Polly Arnold 站在加州伯克利市勞倫斯伯克利國家實驗室的實驗室里，他們在這里發現了 Berkelocene (Bk) 分子。這一發現是在著名化學家 Glenn Seaborg 創建 Berkelium 的實驗室中發現的，Berkelium 是本次實驗中使用的相同元素。(Ray Chavez/灣區新聞集團)

在化學手套箱(一種帶有突出手套的聚碳酸酯玻璃箱，可以隔絕氧氣和濕氣)中，科學家們將锫金屬與僅含碳和氫的有機分子結合，引發了化學反應。博士后研究員多米尼克·魯索表示，他之前也進行過類似的實驗，但結果并不完全符合預期，那些溶液變成了紅色，表明實驗失敗。而這次的锫實驗則給了他全新的體驗，他看到溶液變成了深紫色，就像化學家第一次看到《綠野仙蹤》從黑白變成彩色一樣。

魯索、研究員斯蒂芬·米納西安以及勞倫斯伯克利國家實驗室的其他17位科學家共同創造了一種新分子——二茂鐵，其結構超越了理論家對碳與重金屬元素結合方式的預期。根據2月份發表在學術期刊《科學》上的一項研究，未來二茂鐵可能有助于人類安全處理核廢料。

研究員波莉·阿諾德表示：“這是在測試我們的能力，探索與大自然有關的一切。我們是全世界眾多試圖保護所有民用核廢料和所有同位素的人中的一員。”

1949年，加州大學伯克利分校著名化學家、核醫學先驅Glenn Seaborg發現了锫，至今它仍是世界上最稀有的合成元素之一。該元素及其分子均以伯克利市命名。自1967年以來，美國僅生產了1克多一點的锫，其中大部分來自田納西州的橡樹嶺國家實驗室。而伯克利實驗室的實驗僅獲得了0.3微克的锫。除了該元素的稀缺性之外，锫還具有高度的空氣敏感性和放射性，因此處理起來非常困難。

米納西安指出：“人們很早就已經能夠進行空氣敏感化學，并且能夠利用放射性元素進行放射性工作，但將這兩個領域結合起來卻困難得多。”

在將所得的锫茂樣品合成晶體后，研究人員使用X射線衍射光譜儀進行分析，結果發現該團隊確實發現了一種新分子。這種新分子結構被研究人員稱為“三明治”，其中锫原子作為填充物，位于兩個8元碳環(即“面包”)之間，形似一個原子英尺長的潛艇。

米納西安表示：“它具有非常對稱的幾何形狀，這是第一次觀察到這種結構。真正高對稱性的結構對化學家來說非常有用，因為當我們試圖理解為什么一個元素決定以特定的方式組織自己時，你會看到對稱性，這有助于你加深理解。”

自從這些放射性碳鍵首次被用于曼哈頓計劃(二戰期間美國為制造原子彈而開展的絕密研究項目)以來，化學界一直對它們保持著濃厚的興趣。阿諾德表示，雖然過去的“三明治”結構被用來更有效地燃燒汽油中的碳氫化合物，但二茂鐵的發現最終可能會幫助科學家尋找安全處理放射性廢物的解決方案。

目前，世界各國領導人消除本國輻射的最佳選擇是將核廢料埋入地下深處，希望現在沒有人能夠接觸到這些廢料，或者在未來一百萬年內，最危險的廢料也不會被接觸到。阿諾德表示，雖然消除核廢料無法通過“锫三明治”來實現，但伯克利實驗室的突破可能會為人類實現這一最終目標提供科學基礎。

“我們證明了它的性質并不是你僅從元素周期表中的位置就能預測出來的，”阿諾德說。“總有一天，我們不必再做這些危險的反應。總有一天，理論將能夠預測事物，它們也許能夠預測長期儲存的效果，而我們卻無法輕易做到這一點。”