1952年11月1日，一個名為「Ivy Mike」的熱核裝置在太平洋的Elugelab島上被引爆，這是歷史上首個氫彈爆炸試驗，它所釋放的能量是利用核裂變的原子彈的4倍。
1952年11月1日，Ivy Mike核試驗爆炸。| 圖片來源：The Official CTBTO Photostream/Wikimedia
從這枚氫彈爆炸後留下的放射性塵埃中，科學家發現了一種未知的元素，那便是元素周期表中的第99號元素。為了紀念愛因斯坦對核聚變和裂變等理論所作出的巨大貢獻，研究團隊將其命名為——鑀（Einsteinium, Es）。
這是一種非常稀有的元素，在地球的自然環境中，這種元素並不存在，只能通過特定的核反應堆才能以極其微小的量產生。當時，在Ivy Mike所殘留的「化學碎片」中，科學家只發現了大約200個這樣的原子。直到1961年，科學家才得以在實驗室中合成了第99號元素。
鑀有著極強的放射性，因此研究人員在研究這種元素時，必須時刻佩戴防護裝備。不僅如此，它還會迅速衰變，並且難以從其他元素中分離，所以研究鑀元素是一件極具挑戰的事情。幾十年來，物理學家對鑀的化學特性幾乎一無所知。
直到最近，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員成功的製造出了足量的鑀，然後對其進行一系列的基本測試。研究結果刊登在了近期的《自然》雜誌上，標誌著實驗化學和基礎科學上的一個重大突破。
在元素周期表中，鑀被排列在錒系元素一列。與錒系元素中的其他元素一樣，鑀也需要通過用中子和質子轟擊目標元素以產生更重的元素而形成。
鑀有許多同位素，它們的共同特點是幾乎都有著非常短的半衰期。以常見形式鑀-253為例，它的半衰期就只有20天，這意味著，每20天之後，鑀的量就會衰變到只剩一半。幾個月後，原本就數量微量的鑀就會幾近消失。
在新的研究中，研究人員使用橡樹嶺國家實驗室的一個核反應堆來對鑀進行製備，那是世界上少數幾個可以製造鑀的地方之一。不過，這個核反應堆的原本實驗目標是製造另一種元素——鉲（Californium, Cf），鑀只是作為副產物出現，因此產生的量非常少。
除了量少之外，從鉲中分離出純鑀樣品也是一件非常具有挑戰性的任務，因為這兩種元素之間存在一定的相似性，這又更進一步地減少了研究人員最終能夠得到的鑀。
然而，儘管困難重重，研究人員最終得到了200納克（1納克=10⁻⁹克）的鑀-254，這是鑀元素中最穩定的同位素之一，其半衰期約為275.5天，它會分解成鉳-250，釋放出具有高度破壞性的伽馬輻射。研究人員可以通過觀察由如此微量的鑀-254所發出的放射性信號，來分辨這種罕見的元素。
對於這項研究來說，艱難的部分還遠沒有結束。除了得到足以進行實驗的鑀之外，研究人員還需要解決的一個難題是找到一個合適的地方來存放它。他們設計了一種特殊的樣品存放支架用來存放鑀-254，以保護進行實驗的科學家免受輻射的傷害。
在解決了種種難題後，研究人員需要做的就是爭分奪秒地對日漸衰變的鑀進行研究，因為每過去一個月，他們就會失去7.2%的鑀。從事這項研究的科學家其實早已習慣處理半衰期較短的元素，然而這項研究在開始之時趕上了COVID-19的爆發，這使得他們失去了許多寶貴的時間，無法完成計劃中的所有實驗。
儘管如此，研究仍然得到了可喜的結果。他們測量了鑀的鍵距（兩個鍵合的原子之間的平均距離），這是一個基本的化學性質，它能幫助科學家預測鑀如何與其他元素相互作用。他們發現，鑀的鍵長與錒系元素的總體趨勢相反——這是一個曾被理論預測過的性質，但是從未被實驗證明過。
此外，與錒系的其他元素相比，鑀在光照下的發光方式也有所不同。研究人員表示，這是一種前所未有的物理現象，需要進一步的實驗才能確定背後的原因。
至關重要的是，研究人員還設法測量了鑀的價態，即原子上的電荷。這是一個在化學中非常重要的參量，它決定了構成宇宙的原子的形狀和大小。鑀恰好位於元素周期表的一個模稜兩可位置，所以確定它的原子價將有助於我們更好地理解元素周期表應該如何排列。
對化學家來說，這是一項帶來希望的研究，它開創了新的領域，為在非常微小的量上進行化學研究奠定了基礎。它意味著，未來，化學家可以利用相同的方法對其他的重元素進行研究，從而揭示出更多構成了這個世界的化學物質。
此外，這項研究還將使得鑀元素的創造變得更加容易。未來，製造出的鑀或將被用作為一個目標元素，進而創造出其他更重的元素，包括一些未被發現的元素，比如假想中的119號元素。一些化學家的終極目標之一就是發現半衰期僅為幾分鐘或者幾天的「假想」超重元素，而這項研究將有可能讓化學家們離這個目標更進一步。
