เมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2553 ซึ่งตรงกับ 537 ปีแห่งชาตกาลของ Nicolaus Copernicus นักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์ ผู้พบว่าโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ และดวงอาทิตย์คือศูนย์กลางของระบบสุริยะ สมาคม International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ได้กำหนดชื่อของธาตุใหม่ว่า Copernicium (โคเปอร์นิชิอุม) ซึ่งมีสัญลักษณ์ Cn มีเลขเชิงอะตอม 112 และมีมวลเชิงอะตอม 278 Cn จึงเป็นธาตุที่มีมวลมากที่สุดในโลก
ธาตุที่พบในธรรมชาติมี 92 ชนิด โดยมี uranium (ยูเรเนียม) เป็นธาตุที่มีมวลเชิงอะตอมมากที่สุด เพราะนิวเคลียสของยูเรเนียมมีโปรตอน 92 ตัว ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงกำหนดให้เลขเชิงอะตอมของยูเรเนียมเท่ากับ 92 และยูเรียมเป็นธาตุที่ 92 ในตารางธาตุ (Periodic Table of Elements)
ในปี ค.ศ. 1934 Enrico Fermi (นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลปี 1938) ได้เสนอแนะให้นักวิทยาศาสตร์สร้างธาตุใหม่โดยวิธียิงนิวเคลียสของธาตุหนักด้วยนิวตรอนที่เป็นกลาง (คือไม่มีประจุทั้งบวกและลบ) ความเป็นกลางของนิวตรอนทำให้สามารถทะลุเข้าไปฝังตัวอยู่ในนิวเคลียสได้ แต่นิวเคลียสใหม่ที่เกิดขึ้นอาจเสถียรหรือไม่เสถียรก็ได้ และถ้าเป็นกรณีหลังนิวเคลียสใหม่นั้นก็จะสลายตัวเมื่อนิวตรอนตัวหนึ่งในนิวเคลียสได้สลายตัวและปล่อยอิเล็กตรอนกับแอนตินิวทริโนออกมา แล้วนิวตรอนตัวนั้นก็กลายเป็นโปรตอน ซึ่งอิเล็กตรอนที่พุ่งออกมาจากนิวเคลียส คือรังสีบีตา ดังนั้นในภาพรวมการดูดกลืนนิวตรอนเข้าไปในนิวเคลียสใหม่จะทำให้เกิดรังสีบีตา และนิวเคลียสใหม่มีจำนวนโปรตอนเพิ่มขึ้น 1 ตัว และเลขเชิงอะตอมของธาตุจึงเพิ่มขึ้น 1 ด้วย ซึ่งนี่ก็คือหลักการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการสร้างธาตุใหม่ในยุคแรกๆ
ในปี 1941 Glenn T. Seaborg (นักเคมีรางวัลโนเบลปี 1951) แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ที่เบิร์กลีย์ในสหรัฐอเมริกา ได้ใช้เทคนิคที่ Fermi เสนอแนะ สังเคราะห์ธาตุใหม่ที่หนักกว่ายูเรเนียม โดยการระดมยิงนิวเคลียสของยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ซึ่งต้องทำอย่างระมัดระวังและรอบคอบ เพราะถ้านิวตรอนมีความเร็วสูงไป นิวเคลียสของยูเรเนียมจะแตกกระจัดกระจาย และธาตุใหม่ก็ไม่เกิด การคำนวณทางฟิสิกส์ทำให้ Seaborg รู้พลังงานของนิวตรอนที่เหมาะสม และพบว่าเมื่อนิวเคลียสของยูเรเนียมรับนิวตรอนเข้าไป 1 ตัว ภายในเวลาไม่นาน มันจะปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวทริโนออกมา แล้วมีโปรตอนเกิดขึ้นในนิวเคลียสนั้น 1 ตัว แต่ถ้ารับนิวตรอนเข้าไป 2 ตัว โปรตอนที่เกิดขึ้นใหม่ก็จะมี 2 ตัวด้วย ทำให้ได้ธาตุใหม่ที่มีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 94 ซึ่งมีชื่อว่า plutonium และมีสัญลักษณ์เป็น Pu
สำหรับหลักเกณฑ์การตั้งชื่อธาตุใหม่นี้ IUPAC ได้กำหนดให้ผู้พบธาตุใหม่เป็นคนตั้งชื่อ ซึ่งอาจเรียกตามชื่อของสถานที่พบธาตุใหม่ หรือชื่อดาว หรือชื่อนักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงที่เสียชีวิตไปแล้ว
หลังจากประสบความสำเร็จในการสร้าง plutonium ซึ่งเป็นธาตุที่ 94 แล้ว Seaborg ได้ขยายขนาดของตารางธาตุ โดยสร้างธาตุที่มีมวลมากกว่ายูเรเนียม 8 ธาตุ อันได้แก่
1. neptunium (Np) ธาตุที่ 93 ตั้งตามชื่อดาวเนปจูน ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ถัดยูเรนัส (ที่มาของชื่อธาตุยูเรเนียม) ออกไป
2. plutonium (Pu) ธาตุที่ 94 ตั้งตามชื่อดาวพลูโต
3. americium (Am) ธาตุที่ 95 ตั้งตามชื่อประเทศสหรัฐอเมริกา
4. curium (Cm) ธาตุที่ 96 ตั้งตามชื่อของ Marie Curie
5. berkelium (Bk) ธาตุที่ 97 ตั้งตามชื่อวิทยาเขตเบิร์กลีย์ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
6. californium (Cf) ธาตุที่ 98 ตั้งตามชื่อรัฐแคลิฟอร์เนีย
7. einsteinium (Es) ธาตุที่ 99 ตั้งตามชื่อของ Albert Einstein
8. fermium (Fm) ธาตุที่ 100 ตั้งตามชื่อของ Enrico Fermi
หลังจากที่ Seaborg ได้ทำให้โลกรู้จักธาตุมากถึง 100 ธาตุแล้ว ความลำบากในการสร้างธาตุใหม่เริ่มมีอีกจน Niels Bohr นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลปี 1922 ถึงกับปรารภว่า นี่คงเป็นจุดสิ้นสุดของการสร้างธาตุใหม่ เพราะเทคนิคที่ใช้ยิงนิวตรอนให้พุ่งชนนิวเคลียสของธาตุหนักเริ่มไม่ได้ผล นักฟิสิกส์และนักเคมีจึงต้องคิดหาวิธีใหม่ โดยใช้กระสุนที่เป็นนิวเคลียสของธาตุเบา เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฮีเลียม ฯลฯ แทน ทำให้พบธาตุใหม่เพิ่มคือ
mendelevium (Md) ธาตุที่ 101 ตั้งตามขื่อของ Dmitri Mendeleev ผู้พบตารางธาตุ
nobelium (No) ธาตุที่ 102 ตั้งตามชื่อของ Alfred Nobel ผู้ก่อตั้งรางวัลโนเบล
สำหรับในกรณีการสร้าง mendelevium ซึ่งเป็นธาตุที่ 101 นั้น Seaborg และคณะได้ใช้นิวเคลียสของฮีเลียมอันเป็นธาตุที่ 2 ยิงนิวเคลียสของ einsteinium อันเป็นธาตุที่ 99
เพราะเทคโนโลยีการสร้างธาตุสมัยใหม่สลับซับซ้อนและยุ่งยากมาก จึงมีราคาแพงมาก ดังนั้นในระหว่างปี 1958-1974 โลกจึงมีห้องปฏิบัติการเพียง 2 แห่งเท่านั้น ที่สามารถแปลงธาตุได้ นั่นคือที่ Lawrence Berkeley National Laboratory ในสหรัฐอเมริกา และที่ Joint Institute for Nuclear Research ที่เมือง Dubna ในรัสเซีย โดยนักวิทยาศาสตร์จากทั้งสองชาติจะทำงานแข่งขันกัน และตรวจสอบกันและกัน เพื่อยืนยันหรือหักล้างการอ้างพบธาตุใหม่ของอีกทีมหนึ่ง
การแข่งขันสร้างธาตุใหม่เพื่อศักดิ์ศรีของชาติ และรางวัลโนเบลทำให้พบธาตุใหม่เพิ่มอีกดังต่อไปนี้ คือ
lawrencium (Lr) ธาตุที่ 103 ตั้งตามชื่อของ Ernest Lawrence ผู้สร้างเครื่องเร่งอนุภาค cyclotron
rutherfordium (Rf) ธาตุที่ 104 ตั้งตามชื่อของ Ernest Rutherford ผู้พบนิวเคลียสในอะตอม
dubnium (Db) ธาตุที่ 105 ตั้งตามชื่อเมือง Dubna ในรัสเซีย
และ seaborgium (Sg) ธาตุที่ 106 ตั้งตามชื่อของ Glenn T. Seaborg
หลังจากการพบธาตุที่ 106 แล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มประสบอุปสรรคอีก เพราะเทคนิคการหลอมรวมนิวเคลียสของธาตุหนักกับธาตุเบาเริ่มไม่ทำงาน โดยโปรตอนที่มีในนิวเคลียสคู่กรณีจะมีแรงผลักทางไฟฟ้าทำให้นิวเคลียสใหม่ไม่เสถียร นักวิทยาศาสตร์จึงต้องกันไปใช้เทคนิคใหม่ โดยการยิงนิวเคลียสของธาตุหนักด้วยนิวเคลียสอื่นที่ค่อนข้างหนัก การทดลองที่บุกเบิกโดยสถาบัน Institute for Heavy Ion Research หรือ GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) ที่ Darmstadt ในเยอรมนี ที่สร้างในปี 1969 ทำให้ได้ธาตุใหม่คือ
bohrium (Bh) ธาตุที่ 107 ตั้งตามชื่อของ Niels Bohr ผู้สร้างทฤษฎีอะตอม โดยเฉพาะอะตอมไฮโดรเจน
hassium (Hs) ธาตุที่ 108 ตั้งตามชื่อรัฐ Hesse ที่เมือง Darmstadt ตั้งอยู่
meitnerium (Mt) ธาตุที่ 109 ตั้งตามชื่อของ Lise Meitner นักฟิสิกส์สตรีผู้อธิบายปรากฏการณ์ nuclear fission
darmstadtium (Ds) ธาตุที่ 110 ตั้งตามชื่อเมือง Darmstadt ในเยอรมนี
roentgenium (Rg) ธาตที่ 111 ตั้งตามชื่อของ Wilhelm Röntgen ผู้พบรังสีเอกซ์
เช่นในกรณีธาตุที่ 110 นั้น นักวิจัยได้ยิงนิวเคลียสของตะกั่ว (ธาตุที่ 82) ด้วยนิวเคลียสของนิกเกิล (ธาตุที่ 28) และเมื่อยิงนิวเคลียสของบิสมัท (ธาตุที่ 83) ด้วยนิวเคลียสของนิกเกิล (ธาตุที่ 28) ก็ได้ธาตุที่ 111 เป็นต้น
ความยากลำบากที่เกิดจากความพยายามจะสังเคราะห์ธาตุใหม่ๆ คือโอกาสที่ธาตุเหล่านี้เกิดขึ้นมีน้อยมาก เช่นนักวิจัยต้องเดินเครื่องยิงอนุภาคล้าน ล้านตัวตลอดเวลา 2 สัปดาห์ จึงจะได้ธาตุ meitnerium 1 อะตอม และจะต้องทดลองนานถึง 6 สัปดาห์ จึงจะเห็นธาตุ roentgenium 1 อะตอม และความจริงก็เป็นที่ประจักษ์ว่าธาตุยิ่งหนัก ยิ่งสร้างยาก ยกตัวอย่างในกรณี plutonium (ที่ใช้ทำระเบิดปรมาณู) ปัจจุบันนี้โลกมีธาตุนี้ 1,000 ตัน แต่มี fermium เพียง 1 กรัมเท่านั้นเอง
นอกจากธาตุซูเปอร์หนักเหล่านี้จะเกิดยากแล้ว อายุขัยของธาตุใหม่ก็ยังสั้นมากด้วย เช่นในกรณี rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium, hassium, meitnerium, darmstadtium และ roentgenium มีครึ่งชีวิตนาน 1.3 ชั่วโมง, 16 ชั่วโมง, 1.9 นาที, 61 วินาที, 16.5 นาที, 1.1 วินาที, 11วินาที และ 3.6 วินาทีตามลำดับ เพราะอายุขัยของธาตุใหม่สั้นมาก ดังนั้นเครื่องตรวจจับนิวเคลียสของธาตุจึงต้องทำงานอย่างฉับไว เพื่อสังเกต ตรวจวัดสมบัติของนิวเคลียสใหม่ให้ได้ก่อนที่จะหายวับไปต่อหน้าต่อตา
เมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1996 คณะนักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน GSI ที่เมือง Darmstadt ในเยอรมนี ภายใต้การนำของ S. Hofmann ได้รายงานการเห็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ โดยการระดมยิงนิวเคลียสของตะกั่ว (ธาตุที่ 82) ด้วยสังกะสี (ธาตุที่ 30) ดังปฏิกิริยา
อะตอมที่เกิดนี้เป็นธาตุใหม่ที่มีเลขมวล 278 ซึ่งสลายให้ธาตุใหม่ที่มีเลขมวล 277 และอนุภาคนิวตรอน จากนั้นนิวเคลียสของธาตุใหม่ก็สลายตัวอีก 5 ครั้ง โดยการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา การวัดพลังงานของอนุภาคแอลฟาครั้งสุดท้ายทำให้รู้ว่ามันถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของธาตุ nobelium ซึ่งเป็นธาตุที่ 102 ด้วยเหตุที่อนุภาคแอลฟามีโปรตอน 2 ตัว ดังนั้นธาตุต้นกำเนิดต้องมีโปรตอน 112 ตัว มันจึงเป็นธาตุที่ 112
การค้นพบนี้ได้รับการยืนยันจากห้องปฏิบัติการ RIKEN ที่เมือง Wako ในญี่ปุ่น เมื่อเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2000 ซึ่งพบลักษณะการสลายตัวของธาตุใหม่แบบเดียวกับที่นักวิทยาศาสตร์เยอรมันพบ
ในวันที่ 14 กรกฎาคม ค.ศ. 2009 ทีมวิจัยจาก GSI จึงเสนอชื่อธาตุใหม่ว่า copernicium และได้รับการรับรองอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ ปีกลายนี้เอง
ธาตุ copernicium ซึ่งเกิดจากการแข่งขันเชิงวิชาการและความสามรถทางเทคโนโลยีนี้ มีโปรตอนมากกว่าธาตุยูเรเนียม 20 ตัว มันจึงเป็นธาตุประดิษฐ์ที่หนักที่สุดในโลก
เพราะธาตุใหม่อยู่ในคอลัมน์เดียวกับสังกะสี แคดเมียม และปรอทในตารางธาตุ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงรู้ว่าถ้ามี copernicium ในปริมาณมาก สสารที่ได้จะเป็นของเหลวและมีจุดเดือดที่ 300 องศาเซลเซียส และสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ดีกว่าปรอท
ขั้นตอนการสร้างธาตุใหม่ยังไม่สิ้นสุด นับถึงวันนี้คณะนักฟิสิกส์และนักเคมีบางทีมได้อ้างว่าประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุที่ 113, 114, 115, 116 และ 117 แล้ว แต่ยังไม่มีการยืนยันจากนักวิทยาศาสตร์กลุ่มอื่นๆ ดังนั้นธาตุที่อ้างว่าพบใหม่เหล่านั้นจึงยังไม่มีชื่อ เพราะอาจจะไม่มีจริง
คำถามที่น่าสนใจคือ นักวิทยาศาสตร์สร้างธาตุใหม่ๆ เพื่อประโยชน์อันใด
คำตอบก็คือ เพื่อให้ได้ความรู้บริสุทธิ์ว่ามนุษย์สามารถสร้างธาตุได้กี่ชนิด และตารางธาตุมีขนาดจำกัดหรือไม่ นอกจากนี้นักฟิสิกส์ก็รู้ว่า เมื่อใดที่พบธาตุที่ 126 ซึ่งนิวเคลียสของธาตุนั้นจะมีโปรตอน 126 ตัว นิวเคลียสจะเสถียรและไม่สลายตัวเป็นเวลานานถึง 100 ล้านปี และธาตุใหม่นี้อาจเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานรูปแบบใหม่ที่นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างขึ้นได้ ในห้องปฏิบัติการบนโลก แต่ไม่สามารถหาได้จากนอกโลก
ล่าสุดเมื่อต้นเดือนมิถุนายนนี้ International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) และ International of Pure and Applied Physics (IUPAP) ได้ยอมรับการพบธาตุใหม่ที่หนักกว่าธาตุ copernicium คือธาตุที่ 114, 116 ซึ่งมีชื่ออย่างไม่เป็นทางการว่า ununquadium และ ununhexium ตามลำดับ ส่วนธาตุที่ 113,115 และ 118 นั้น ยังไม่เป็นที่ยอมรับว่ามี
สุทัศน์ ยกส้าน เมธีวิจัยอาวุโส สกว.
