רוברט קרל: הספקטרוסקופיסט שמצא כדורגל עשוי מפחמן
רוברט קרל (Robert Curl) הקדיש את רוב הקריירה שלו להאזנה לתנודות של מולקולות לא יציבות באמצעות ספקטרוסקופיית מיקרוגל ואינפרה-אדום, עבודה שמעטים מחוץ למחלקות לכימיה שמעו עליה אי פעם. לאחר מכן, באחד עשר ימים בספטמבר 1985, מכשיר לייזר מושאל ושיא חריג במכשיר ספקטרוגרף מסה העניקו לו מולקולה כל כך סימטרית שהיא נראתה מתוכננת ולא כזו שהתגלתה במקרה — ואחת עשרה שנים לאחר מכן, פרס נובל. הילד שפעם הרס את תנור החרסינה של אמו עם בקבוקון חומצה חנקתית מערכת כימיה, סיים בכך ששינה את מה שפחמן יכול להיות.
בן של מטיף עם ערכת כימיה
קרל נולד ב-23 באוגוסט 1933 באליס, טקסס, בן של כומר מתודיסטי שתפקידי המיסיון שלו אילצו את המשפחה לעבור ברחבי דרום ודרום-מערב טקסס. ערכת כימיה שקיבל בגיל תשע קבעה את כיוון חייו, למרות הנזק הביתי שגרמה. הוא סיים את בית הספר התיכון תומאס ג'פרסון בסן אנטוניו ובחר במכון רייס (Rice Institute) ללימודים אקדמיים — משיכה, לפי עדותו שלו, במידה רבה בגלל שכר הלימוד החינמי וקבוצת הפוטבול כפי שהיה בגלל המחלקה לכימיה. הוא השלים שם תואר ראשון בשנת 1954, ולאחר מכן המשיך לאוניברסיטת קליפורניה בברקלי (Berkeley) לדוקטורט בהנחיית קנת פיצר (Kenneth Pitzer), שם חקר את זוויות הקשר של דיסילוקסן באמצעות ספקטרוסקופיית אינפרה-אדום, לפני תקופה כפוסט-דוקטורט בהרווארד (Harvard) עם א. ב. וילסון (E. B. Wilson) שבה חקר את מחסומי הסיבוב של מולקולות באמצעות ספקטרוסקופיית מיקרוגל. בשנת 1958 חזר לרייס כחבר סגל צעיר, ירש את הציוד ותלמידי המחקר של פרופסור שעזב, ונשאר שם למשך שארית חייו המקצועיים.
עשורים בסבך הספקטרוסקופיה
במשך כמעט שלושה עשורים, עבודת המעבדה של קרל התמקדה בספקטרוסקופיית מיקרוגל ואינפרה-אדום של רדיקלים חופשיים ומינים קטנים ולא יציבים כמו כלור דו-חמצני — מדע מדויק, טכני ולא זוהר שמטרתו הבנת המבנה המולקולרי דרך פרטים עדינים במיוחד של האופן שבו מולקולות בולעות ופולטות אור. זו הייתה עבודה מכשור קפדנית, מהסוג שמכשיר מדען להבחין כאשר אות אינו מתנהג כפי שהתיאוריה חוזה. להרגל הקשב הזה הייתה חשיבות רבה יותר ממה שמישהו יכול היה לשער.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →אחד עשר ימים שבהם נמצאה צורה חדשה של פחמן
בספטמבר 1985, הכימאי הבריטי הרולד קרוטו (Harold Kroto) הגיע לרייס כדי לשאול את מכשיר אידוי הלייזר שעמיתו של קרל, ריצ'רד סמולי (Richard Smalley), בנה לצורך חקר צבירים של מוליכים למחצה, בתקווה לשחזר את התנאים עתירי הפחמן של כוכב ענק אדום וליצור שרשראות פחמן ארוכות. קרל הצטרף למאמץ, ועבד לצד קרוטו, סמולי, ותלמידי המחקר ג'יימס הית' (James Heath) ושון או'בריאן (Sean O'Brien). תוך אידוי גרפיט בעזרת פולס לייזר עוצמתי, הצוות קיבל את שרשראות הפחמן שלהם — אך ספקטרומטר המסה הראה גם משהו בלתי צפוי: שיא דומיננטי באופן מוחלט שתאם לצביר של בדיוק שישים אטומי פחמן, עם שיא אחות קטן יותר ב-70. מספר בודד כל כך אינרטי ובולט רמז על כלוב סגור, סימטרי ויציב כימית במקום שרשרת פתוחה. במהלך אחד עשר הימים הבאים, הקבוצה גילתה שהגיאומטריה היחידה שתואמת את הנתונים הייתה מבנה בצורת כדורגל של משושים ומחומשים — אותו דפוס שהאדריכל באקמינסטר פולר (Buckminster Fuller) השתמש בו בכיפות הגיאודזיות שלו. הם קראו למולקולה באקמינסטרפולרן (Buckminsterfullerene). תרומתו הספציפית של קרל הייתה באופטימיזציה של תנאי אידוי הפחמן שהפכו את האות לכל כך נקי ובניתוח הספקטרלי שעזר לקבוע את המבנה. התגלית פתחה ענף חדש לחלוטין של כימיית פחמן — פולרנים, שאליהם הצטרפו מאוחר יותר ננו-צינוריות פחמן — ובשנת 1996 קרל חלק את פרס נובל לכימיה עם קרוטו וסמולי "על גילוי הפולרנים".
אחרי הפרס
קרל היה ישיר לגבי מה שעשה לאחר מכן: כפי שניסח זאת, "אחרי הזכייה בנובל, אתה יכול להפוך למטיף מדעי, או שאתה יכול לקבל רעיון למדע חדש" שבו תוכל לעסוק. הוא בחר באחרון, והפנה את מעבדתו לעבר מכשור לטיפוסי DNA וריצוף גנטי ובהמשך לעבר חיישני גז עקבות פוטואקוסטיים שנבנו סביב לייזרי קסקדה קוונטיים — מדע יישומי ובניית מכשור ברוח הכשרתו הספקטרוסקופית. הוא גם שירת כראש הקולג' הראשון של לובט (Lovett College) ברייס, כשהוא לוקח על עצמו את התפקיד המוסדי והחונך שחתני פרס נובל מתבקשים לעתים קרובות למלא. כאשר נשיא רייס שאל אותו מה הוא רוצה לאחר הכרזת הנובל, בקשתו של קרל הייתה צנועה באופן אופייני: מתקן אופניים קרוב יותר למשרדו ולמעבדתו, שכן הוא רכב לעבודה מדי יום. הוא פרש מרייס בשנת 2008, בגיל שבעים וארבע, כפרופסור אמריטוס, לאחר שנבחר לאקדמיה הלאומית למדעים ולאקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים, ולאחר שצבר פרסים בהם פרס אלכסנדר פון הומבולדט למדען בכיר אמריקאי ומדליית המאה של החברה המלכותית לכימיה לאורך הדרך.
חיים פרטיים הבנויים סביב שגרה
קרל נשא לאישה את ג'ונל ויפל (Jonel Whipple) בשנת 1955, ושניהם גידלו שני ילדים יחד במהלך מה שהפך לנישואים של כמעט שבעה עשורים. עמיתים זכרו אותו פחות בגלל הצהרות גרנדיוזיות ויותר בגלל הרגלים קבועים — הנסיעה היומית באופניים, משחק ברידג' שבועי קבוע עם "בריגדת הברידג'" של רייס — אותה נטייה לקשב סבלני וחוזר ששירתה אותו במעבדת הספקטרוסקופיה במשך שלושים שנה לפני שהפולרנים הופיעו אי פעם על מסך.
מדוע רוברט מכונה גאון
פרס הנובל של קרל לא היה על הבזק של גאונות תיאורטית אלא על משהו צר יותר ובדרכו שלו, קשה יותר לזיוף: המיומנות התפיסתית המאומנת להכיר בכך ששיא אחד בלתי צפוי על ספקטרוגרף מסה אומר משהו שכל התחום פספס. זוהי צורה של זיהוי דפוסים מומחה שנבנתה לאורך עשורים של עבודת תשתית ספקטרוסקופית לא זוהרת, לא ניחוש בהשראה — קרל עצמו ייחס את המירוץ בן אחד-עשר הימים למבנה כמאמץ צוות אמיתי עם קרוטו, סמולי, הית' ואו'בריאן, והניסוח של ועדת הנובל היה קולקטיבי, כשהוא מייחס "את גילוים" ולא תובנה בודדת. כדאי לציין את העובדה הנגדית הכנה בפשטות: באקמינסטרפולרן היה, לפי עדותו של כל משתתף, ממצא מקרי מניסוי שכיוון למשהו אחר לחלוטין, וקרל היה אחד משלושה חתני פרס נובל שווים ולא חזון בודד. מה שקנה לו את התווית הוא פחות רומנטי ממה ש"גאון" מרמז בדרך כלל — משמעת ארוכת שנים של דיוק מכשירי שאפשרה לו לראות, בזמן אמת, שאנומליה בנתונים היא צורה חדשה של חומר ולא רעש.
מורשת
באקמינסטרפולרן הניע את ענף חומרי הפחמן של הננוטכנולוגיה, מכימיית הפולרנים ועד ננו-צינוריות פחמן, והציון של אתר היסטורי כימי לאומי משנת 2010 ברייס מסמן את המקום שבו זה קרה. קרל מת ב-3 ביולי 2022 ביוסטון, בגיל שמונים ושמונה, כשהוא זכור פחות כמדען מפורסם ויותר כספקטרוסקופיסט עובד שקרה שהיה בחדר, עם המכשיר הנכון והעין הנכונה לאנומליה, כאשר הפחמן חשף צורה שאף אחד לא ייחס לו לפני כן.