روبرت كيرل: مطيافي اكتشف كرة قدم مصنوعة من الكربون

قضى روبرت كيرل (Robert Curl) معظم مسيرته المهنية في الاستماع إلى اهتزازات الجزيئات غير المستقرة من خلال مطيافية الميكروويف والأشعة تحت الحمراء، وهو عمل لم يسمع به الكثيرون خارج أقسام الكيمياء. ثم، في أحد عشر يوماً من سبتمبر عام 1985، قدم له جهاز ليزر مستعار وذروة شاردة في مطياف الكتلة جزيئاً متماثلاً لدرجة أنه بدا مصمماً وليس مكتشفاً، مما قاده لنيل جائزة نوبل بعد أحد عشر عاماً. الصبي الذي دمر يوماً ما موقد والدته الخزفي بقارورة حمض نيتريك من مجموعة كيمياء، انتهى به الأمر بإعادة كتابة ما يمكن أن يكون عليه الكربون.

ابن واعظ ومجموعة كيمياء

ولد كيرل في 23 أغسطس 1933 في أليس، تكساس، وكان ابناً لواعظ ميثودي أدت مهام التبشير الخاصة به إلى تنقل العائلة عبر جنوب وجنوب غرب تكساس. مجموعة كيمياء حصل عليها في التاسعة من عمره حددت اتجاه حياته، رغم الضرر المنزلي الذي سببته. أنهى دراسته الثانوية في ثانوية توماس جيفرسون (Thomas Jefferson High) في سان أنطونيو واختار معهد رايس (Rice Institute) للجامعة، حيث كان مدفوعاً، حسب قوله، بمجانية التعليم وفريق كرة القدم بقدر اهتمامه بقسم الكيمياء. حصل على درجة البكالوريوس هناك عام 1954، ثم ذهب إلى بيركلي للحصول على الدكتوراه تحت إشراف كينيث بيتزر (Kenneth Pitzer)، دارساً مطيافية الأشعة تحت الحمراء لزوايا روابط ثنائي سيلوكسان، قبل فترة ما بعد الدكتوراه في هارفارد مع إي. بي. ويلسون (E. B. Wilson) لاستكشاف حواجز الدوران للجزيئات عبر مطيافية الميكروويف. في عام 1958 عاد إلى رايس كعضو هيئة تدريس شاب، وارثاً معدات وطلاب الدراسات العليا لأستاذ مغادر، وبقي هناك لبقية حياته العملية.

عقود في غياهب المطيافية

لما يقرب من ثلاثة عقود، تركز عمل كيرل في المختبر على مطيافية الميكروويف والأشعة تحت الحمراء للجذور الحرة والأنواع الصغيرة غير المستقرة مثل ثاني أكسيد الكلور، وهو علم دقيق وتقني وغير براق يهدف إلى فهم التركيب الجزيئي من خلال التفاصيل الدقيقة وفائقة الدقة لكيفية امتصاص الجزيئات للضوء وانبعاثه. كان عملاً دقيقاً في الأجهزة، من النوع الذي يدرب العالم على ملاحظة متى لا يتصرف الإشارة بالطريقة التي يتنبأ بها النظرية. تلك العادة من الانتباه كانت ستهم أكثر مما كان يتوقعه أي شخص.

أحد عشر يوماً اكتشفت شكلاً جديداً للكربون

في سبتمبر 1985، جاء الكيميائي البريطاني هارولد كروتو (Harold Kroto) إلى رايس لاستعارة جهاز تبخير الليزر الذي بناه زميل كيرل ريتشارد سمولي (Richard Smalley) لدراسة عناقيد أشباه الموصلات، آملاً في إعادة خلق الظروف الغنية بالكربون للنجم العملاق الأحمر وتوليد سلاسل كربون طويلة. انضم كيرل إلى الجهد، وعمل بجانب كروتو، وسمولي، وطلاب الدراسات العليا جيمس هيث (James Heath) وشون أوبراين (Sean O'Brien). من خلال تبخير الجرافيت بنبضة ليزر مكثفة، حصل الفريق على سلاسل الكربون الخاصة بهم، لكن مطياف الكتلة أظهر أيضاً شيئاً غير متوقع: ذروة مهيمنة بشكل ساحق تتوافق مع عنقود من ستين ذرة كربون بالضبط، مع ذروة أصغر شقيقة عند سبعين. رقم واحد بهذا الجمود والبروز يعني قفصاً مغلقاً ومتماثلاً ومستقراً كيميائياً بدلاً من سلسلة مفتوحة. خلال الأحد عشر يوماً التالية، توصلت المجموعة إلى أن الهندسة الوحيدة المتسقة مع البيانات هي ترتيب على شكل كرة قدم من السداسيات والخماسيات، وهو نفس النمط الذي استخدمه المهندس المعماري باكمينستر فولر (Buckminster Fuller) في قبابه الجيوديسية. أطلقوا على الجزيء اسم باكمينستر فوليرين (buckminsterfullerene). كانت مساهمة كيرل الخاصة في تحسين ظروف تبخير الكربون التي جعلت الإشارة واضحة جداً وفي التحليل الطيفي الذي ساعد في تثبيت الهيكل. فتح الاكتشاف فرعاً جديداً تماماً من كيمياء الكربون، الفوليرين، الذي انضمت إليه لاحقاً أنابيب الكربون النانوية، وفي عام 1996 تقاسم كيرل جائزة نوبل في الكيمياء مع كروتو وسمولي "لاكتشافهم الفوليرين".

بعد الجائزة

كان كيرل صريحاً بشأن ما فعله بعد ذلك: كما قال، "بعد الفوز بنوبل، يمكنك إما أن تصبح منظراً علمياً، أو يمكنك الحصول على فكرة لعلوم جديدة" للمتابعة. اختار الأخير، ووجه مختبره نحو أجهزة تحديد الأنماط الجينية وتسلسل الحمض النووي، ولاحقاً نحو مستشعرات الغاز الأثرية الضوئية الصوتية المبنية حول ليزرات الشلال الكمي، وهو علم بناء الأجهزة التطبيقي بروح تدريبه المطيافي. كما عمل كأول سيد لكلية لوفيت (Lovett College) في رايس، متولياً دور التوجيه المؤسسي الذي غالباً ما يُطلب من الحائزين على نوبل ملؤه. عندما سأل رئيس رايس عما يريده بعد إعلان نوبل، كان طلب كيرل متواضعاً بشكل معهود: رف دراجات أقرب إلى مكتبه ومختبره، لأنه كان يتنقل بالدراجة للعمل يومياً. تقاعد من رايس في عام 2008، في سن الرابعة والسبعين، كأستاذ فخري، بعد انتخابه لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم والأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم، وحصوله على تكريمات منها جائزة ألكسندر فون همبولت لكبار العلماء الأمريكيين وميدالية المئوية للجمعية الملكية للكيمياء على طول الطريق.

حياة خاصة مبنية على الروتين

تزوج كيرل من جونيل ويبل (Jonel Whipple) عام 1955، وربى الاثنان طفلين معاً خلال زواج دام ما يقرب من سبعة عقود. يتذكره الزملاء ليس للإعلانات الكبرى بل للعادات الثابتة، التنقل اليومي بالدراجة، ولعبة الجسر الأسبوعية الثابتة مع "لواء الجسر" (Bridge Brigade) في رايس، نفس الميل للانتباه الصبور والمتكرر الذي خدمه في مختبر المطيافية لثلاثين عاماً قبل أن يظهر الفوليرين على الشاشة.

لماذا يسمى روبرت عبقرياً

لم تكن جائزة نوبل التي حصل عليها كيرل بسبب ومضة من العبقرية النظرية ولكن لشيء أضيق، وفي طريقته، أصعب في التزييف: المهارة الإدراكية المدربة للتعرف على أن ذروة واحدة غير متوقعة في مطياف الكتلة تعني شيئاً غاب عن المجال بأكمله. هذا شكل من أشكال التعرف على الأنماط الخبيرة المبني على عقود من الأعمال المطيافية الأساسية غير البراقة، وليس تخميناً ملهماً. كيرل نفسه نسب اندفاع الأحد عشر يوماً للوصول إلى هيكل كجهد جماعي حقيقي مع كروتو وسمولي وهيث وأوبراين، وكان صياغة لجنة نوبل نفسها جماعية، حيث نسبت "اكتشافهم" بدلاً من رؤية واحدة. تستحق القضية المعاكسة الصادقة أن تُذكر بوضوح: باكمينستر فوليرين كان، بشهادة كل مشارك، اكتشافاً عرضياً من تجربة كانت تهدف لشيء آخر تماماً، وكان كيرل واحداً من ثلاثة حائزين على نوبل متساوين بدلاً من كونه صاحب رؤية وحيد. ما يكسبه التسمية أقل رومانسية مما تعنيه كلمة "عبقري" عادة، وهو انضباط يدوم مدى الحياة في الدقة الآلية سمح له برؤية، في الوقت الفعلي، أن شذوذاً في البيانات كان شكلاً جديداً من المادة بدلاً من الضوضاء.

الإرث

أطلق باكمينستر فوليرين جناح مواد الكربون في تكنولوجيا النانو، من كيمياء الفوليرين إلى أنابيب الكربون النانوية، ويحدد تعيين معلم الكيمياء التاريخي الوطني لعام 2010 في رايس المكان الذي حدث فيه ذلك. توفي كيرل في 3 يوليو 2022، في هيوستن، عن عمر يناهز ثمانية وثمانين عاماً، ويُذكر ليس كعالم مشهور بل كمطيافي عامل كان موجوداً في الغرفة، بالجهاز الصحيح والعين الصحيحة للشذوذ، عندما كشف الكربون عن شكل لم ينسبه إليه أحد من قبل.