Gian lận khoa học đằng sau phát hiện nguyên tố 118

Vào thời điểm chuyển giao thiên niên kỷ, một nhà vật lý đã đánh lừa cộng đồng khoa học toàn cầu với một phát hiện vĩ đại chưa từng tồn tại.

Cuộc đua nguyên tố trong Chiến tranh Lạnh

Trong Chiến tranh Lạnh, nhiều cuộc đua đã diễn ra giữa Hoa Kỳ và Liên Xô, bao gồm cuộc đua không gian, cuộc đua vũ khí hạt nhân, và – không kém phần quan trọng – cuộc đua khám phá các nguyên tố siêu nặng mới.

Mở rộng bảng tuần hoàn có thể không hấp dẫn như việc đưa con người đầu tiên lên Mặt Trăng, hoặc đáng sợ như phát triển vũ khí có khả năng hủy diệt thế giới. Tuy nhiên, đối với các nhà khoa học, cuộc đua nguyên tố được xem là quan trọng nhất. Việc phát hiện ra các nguyên tố mới mở ra cánh cửa cho những phát minh khác mang tính ứng dụng cao hơn, từ động lực học không gian đến lò phản ứng hạt nhân. Các nguyên tố mới cũng mang lại danh tiếng quốc tế cho những người khám phá chúng – một loại tiền tệ quý giá trong thời kỳ các siêu cường đối đầu.

Các nhà khoa học đã khám phá ra những nguyên tố mới một cách tương đối đều đặn kể từ đầu thế kỷ 18, nhưng quá trình này tăng tốc đáng kể vào những năm 1940 khi công nghệ gia tốc hạt phát triển, mở ra hàng thứ 7 của bảng tuần hoàn. Dưới sự lãnh đạo của nhà hóa học thuộc Dự án Manhattan Glenn Seaborg và nhà khoa học hạt nhân Albert Ghiorso, Đại học California, Berkeley đã tìm ra các nguyên tố từ 93 (neptuni) đến 106 (seaborgi, được đặt theo tên Seaborg), khẳng định vị thế dẫn đầu trong cuộc đua nguyên tố.

Cú trượt dài vào năm 1974

Mãi đến năm 1974, vận may của Berkeley mới chấm dứt. Các nguyên tố từ 107 (bohri) đến 112 (copernici) được các nhà nghiên cứu Đức tại Trung tâm Nghiên cứu Ion Nặng GSI Helmholtz ở Darmstadt phát hiện, trong khi các nhà khoa học Liên Xô tại Dubna đã hợp tác với đối tác cũ của Berkeley, Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, để nghiên cứu các nguyên tố nặng hơn. Nóng lòng bắt kịp đối thủ, Berkeley đã tuyển dụng Victor Ninov, một nhà vật lý trẻ người Bulgaria, người mà công việc với chương trình máy tính Goosy – chuyên phân tích dữ liệu từ gia tốc hạt – đóng vai trò quan trọng trong các phát hiện của GSI.

Ban đầu, khoản đầu tư này có vẻ mang lại hiệu quả. Chỉ trong vòng sáu tháng gia nhập đội ngũ ở California, Ninov tuyên bố họ đã phát hiện không chỉ nguyên tố 118 mà còn cả nguyên tố 116 và 114 – một sự trở lại ngoạn mục sau thời kỳ Seaborg. Nhưng với các đồng nghiệp của Ninov, tuyên bố này dường như quá tốt để là sự thật. Và thực tế, nó là như vậy.

Tìm kiếm nguyên tố 118

Các nguyên tố siêu nặng (các nguyên tố có trên 103 proton) không tồn tại tự nhiên mà phải được tạo ra nhân tạo bằng cách bắn một nguyên tố vào một nguyên tố khác, hy vọng rằng hạt nhân của chúng sẽ hợp nhất để tạo thành một nguyên tố lớn hơn. Ví dụ, Berkeley đã tạo ra seaborgi bằng cách bắn oxy, có 8 proton, vào californi, có 98 proton, tạo thành một nguyên tố mới với 106 proton. Việc tạo ra các nguyên tố siêu nặng là một công việc khó khăn, tốn kém và trên hết là mất nhiều thời gian. Hạt nhân của hai nguyên tố dễ tan rã hơn là hợp nhất, và ngay cả khi chúng hợp nhất, nguyên tố mới hình thành sẽ phân rã phóng xạ trong vài giây.

Vào cuối những năm 1990, Dubna và Livermore đã cố gắng tạo ra nguyên tố 118 bằng cách sử dụng cùng phương pháp tạo ra nguyên tố 114: bắn canxi giàu neutron vào plutoni. Berkeley, thiếu tiền bạc và tài nguyên để sao chép phương pháp này, buộc phải nghĩ ra cách tiếp cận khác. Họ đặt niềm tin vào một thí nghiệm do nhà vật lý lý thuyết người Ba Lan Robert Smolańczuk phác thảo, cho rằng có thể đạt được kết quả tương tự bằng cách sử dụng chì và krypton, các nguyên tố dễ tiếp cận hơn. Thí nghiệm được thực hiện, và Ninov, sau khi xem xét dữ liệu trong Goosy, tuyên bố rằng ông đã quan sát thấy sự tạo thành nguyên tố 118 cũng như sự phân rã của nó thành nguyên tố 116 và 114.

Berkeley công bố kết quả của mình vào tháng 5 năm 1999 trên tạp chí Physical Review Letters. Nhưng khi Darmstadt cố gắng tái hiện thí nghiệm được nêu trong bài báo, nó không thành công. Các nhà nghiên cứu tại Pháp và Nhật Bản cũng thất bại trong việc tạo ra nguyên tố 118, chứ chưa nói đến nguyên tố 116 hay 114. Berkeley, muốn kết thúc cuộc tranh luận, đã thực hiện lại thí nghiệm vào năm sau. Khi điều này cũng thất bại, trường đã mở một loạt cuộc điều tra độc lập để xác định vấn đề xuất hiện ở đâu và khi nào.

Phát hiện bất thường

Cuộc điều tra đầu tiên kết luận rằng lý do có khả năng cao nhất dẫn đến sự khác biệt giữa hai thí nghiệm [của Berkeley] là cách cài đặt nam châm. Thí nghiệm được lặp lại thêm hai lần nữa, nhưng lần này Don Peterson, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, người đã học cách sử dụng phần mềm Goosy, chịu trách nhiệm phân tích dữ liệu thay vì Ninov. Việc Peterson không tìm thấy các nguyên tố mà Ninov tuyên bố đã gây khó chịu cho đồng nghiệp Walter Loveland. Ông nói: Tùy thuộc vào việc ai sử dụng phần mềm, nếu là Ninov hoặc Don, kết quả sẽ khác nhau. Điều đó thật không đúng. Đến lúc đó, tôi bắt đầu hét lên với mọi người rằng có điều gì đó sai lầm khủng khiếp đang diễn ra.

Gian lận khoa học lộ diện

Đến thời điểm này, không ai trong nhóm nghiên cứu của Berkeley nghi ngờ có hành vi gian lận khoa học, thay vào đó họ tin rằng ai đó – hoặc thứ gì đó – đã mắc một sai lầm đơn giản và trung thực. Chỉ đến khi các nhà điều tra tiếp cận được các tệp Goosy hỗ trợ phát hiện ban đầu, mọi thứ mới bắt đầu sáng tỏ. Một tệp tin dung lượng 200 megabyte được xử lý nhanh hơn khả năng của máy tính, cho thấy rằng các kết quả mới đã được chèn vào chương trình sau khi quá trình phân tích ban đầu đã kết thúc.

Các tệp tin này, theo các nhà điều tra, cho thấy rằng… các sự kiện đã được chỉnh sửa và thêm vào để tạo thành một chuỗi phân rã hoàn chỉnh của nguyên tố 118 trước khi được Victor báo cáo. Ninov, hiện phải đối mặt với một cuộc điều tra riêng về hành vi sai trái khoa học, phủ nhận mọi cáo buộc. Ông tuyên bố: Tôi giữ vững sự liêm chính của nghiên cứu và cách tôi diễn giải dữ liệu. Tôi chưa bao giờ cố ý chỉnh sửa, tạo dựng, làm sai lệch, xóa bỏ hoặc giấu giếm dữ liệu hay các quan sát thực nghiệm.

Kết luận điều tra

Tuy nhiên, các nhà điều tra không bị thuyết phục. Là nhà phân tích duy nhất của phát hiện và cũng là người duy nhất công bố tin tức này cho cả nhóm, Ninov là người duy nhất có khả năng làm giả hoặc phát hiện ra hành vi làm giả. Năm 2002, ông bị kết tội và bị sa thải khỏi Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley. Đồng thời, Physical Review Letters đã thu hồi bài báo của Berkeley. Thật may là Seaborg đã qua đời trước vụ việc này, Ghiorso nhận xét trên The New York Times, chuyện này sẽ làm ông ấy đau lòng đến chết.

Mặc dù Ninov là người khởi xướng vụ bê bối, nhưng các thành viên khác trong nhóm Berkeley cũng phải chịu một phần trách nhiệm. Các nhà điều tra tự hỏi tại sao không ai trong số các cộng sự của Ninov kiểm chứng kết luận của ông, đồng thời chỉ ra rằng mức độ nghiêm ngặt trong nghiên cứu tại thí nghiệm này thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn chấp nhận được. Các cộng sự của Ninov, về phần mình, nói rằng họ đã tin tưởng Ninov – một chuyên gia trong lĩnh vực của ông – để hoàn thành công việc của mình.

Sự giám sát này – ở một mức độ nào đó – có thể hiểu được. Có lẽ Berkeley muốn chiến thắng trong cuộc đua nguyên tố đến mức cảm xúc tạm thời lấn át lý trí. Các kết quả giả mạo đã được chấp nhận không chỉ vì chúng có vẻ đúng, mà còn vì mọi người muốn chúng là sự thật.