ロバート・カール：炭素でできたサッカーボールを発見した分光学者

ロバート・カールは、そのキャリアの大部分を、マイクロ波および赤外分光法を通じて不安定な分子の振動を聴くことに費やしました。これは、化学部門の外部ではほとんど聞かれることのない研究でした。しかし、1985年9月の11日間で、借り物のレーザー装置と質量分析計上の奇妙なピークが、彼に発見というよりは設計されたかのように見えるほど対称的な分子をもたらし、その11年後にノーベル賞をもたらしました。子供の頃、化学セットの硝酸の小瓶で母親の磁器製ストーブを台無しにした少年は、最終的に炭素がどのようなものになり得るかを書き換えることになりました。

化学セットを持つ牧師の息子

カールは1933年8月23日、テキサス州アリスで生まれました。メソジスト派の牧師の息子であり、父親の宣教師としての任地を転々とする中で、家族はテキサス州南部および南西部を移動していました。9歳の時にプレゼントされた化学セットが、その後の損害にもかかわらず、彼の人生の方向性を決定づけました。彼はサンアントニオのトーマス・ジェファーソン高校を卒業し、大学にはライス研究所（Rice Institute）を選びました。彼自身の言葉によれば、学費が無料であることやフットボールチームへの興味と同じくらい、化学部門に惹かれたとのことです。彼は1954年にそこで学士号を取得し、ケネス・ピッツァー（Kenneth Pitzer）の下で博士号を取得するためにカリフォルニア大学バークレー校（Berkeley）へ進学しました。そこでジシロキサンの結合角に関する赤外分光法を研究し、その後ハーバード大学のE. B. ウィルソン（E. B. Wilson）の元でポスドクとしてマイクロ波分光法による分子の回転障壁の研究を行いました。1958年、彼は若手教員としてライス大学に戻り、退職する教授の機器と大学院生を引き継ぎ、その後彼の労働生活の残りをそこで過ごしました。

分光学の雑草の中で過ごした数十年

約30年間、カールの研究室での活動は、遊離基や二酸化塩素のような小さな不安定な種のマイクロ波および赤外分光法に集中していました。これは、分子がどのように光を吸収し放射するかという微細かつ超微細な詳細を通じて分子構造を理解することを目的とした、精緻で技術的かつ地味な科学でした。それは、理論が予測するように信号が振る舞わないときに気づく訓練を科学者に与えるような、厳密な測定機器の仕事でした。その注意深い習慣は、誰が想像したよりも重要になることでした。

新しい形態の炭素を発見した11日間

1985年9月、イギリスの化学者ハロルド・クロトー（Harold Kroto）が、半導体クラスターを研究するためにカールの同僚であるリチャード・スモーリー（Richard Smalley）が構築したレーザー蒸発装置を借りるためにライス大学を訪れました。彼は赤色巨星の炭素が豊富な状態を再現し、長い炭素鎖を生成することを期待していました。カールは、クロトー、スモーリー、そして大学院生のジェームズ・ヒース（James Heath）とショーン・オブライエン（Sean O'Brien）と共にこの取り組みに参加しました。強力なレーザーパルスでグラファイトを蒸発させると、チームは炭素鎖を得ましたが、質量分析計も予期せぬものを示しました。それは、正確に60個の炭素原子からなるクラスターに対応する圧倒的に支配的なピークで、70個の炭素原子に小さな兄弟ピークがありました。これほど不活性で目立つ単一の数字は、開いた鎖ではなく、閉じた対称的で化学的に安定した籠状の構造を意味していました。続く11日間で、グループはデータと一致する唯一の幾何学形状が、六角形と五角形からなるサッカーボール型の配置であることを見出しました。これは、建築家バックミンスター・フラー（Buckminster Fuller）がジオデシック・ドームに使用したのと同じパターンでした。彼らはこの分子をバックミンスターフラーレンと名付けました。カールの具体的な貢献は、信号を非常に明瞭にした炭素蒸気条件の最適化と、構造を特定する助けとなったスペクトル分析でした。この発見は炭素化学の全く新しい分野、すなわちフラーレン、そして後にカーボンナノチューブを開拓し、1996年、カールは「フラーレンの発見」に対してクロトーおよびスモーリーと共にノーベル化学賞を共同受賞しました。

受賞後

カールは受賞後の自身の行動について率直でした。彼は「ノーベル賞を受賞した後、科学的権威者になるか、あるいは追求すべき新しい科学のアイデアを持つか」と語りました。彼は後者を選び、研究室をDNAジェノタイピングおよびシーケンシング装置へ、そして後に量子カスケードレーザーを中心に構築された光音響微量ガスセンサーへと転換させました。これは彼の分光法訓練の精神に深く根ざした、応用的な機器構築の科学でした。彼はまた、ライス大学のロベット・カレッジ（Lovett College）の初代マスターを務め、ノーベル賞受賞者がしばしば期待される制度的かつ指導的な役割を引き受けました。ノーベル賞発表後、ライス大学の学長が何が欲しいかと尋ねた際、カールの要求は非常に控えめでした。毎日自転車で通勤していたため、オフィスと研究室に近い場所に自転車ラックを設置することでした。彼は2008年、74歳で名誉教授としてライス大学を退職しました。その過程で、全米科学アカデミーやアメリカ芸術科学アカデミーの会員に選出され、アレクサンダー・フォン・フンボルト賞（シニア米国科学者賞）や王立化学会のセンテナリー・メダルを含む多くの栄誉を受けてきました。

ルーチンを中心に築かれた私生活

カールは1955年にジョネル・ウィップル（Jonel Whipple）と結婚し、二人は約70年に及ぶ結婚生活の中で二人で子供を育てました。同僚たちは、彼を壮大な声明ではなく、日常の自転車通勤やライス大学のブリッジ・ブリゲード（Bridge Brigade）との毎週のブリッジゲームといった、変わらない習慣で記憶しています。これは、フラーレンが画面に現れる30年も前から分光法研究室で彼を支えていた、忍耐強く繰り返される注意深さと同じ姿勢でした。

ロバートが「天才」と呼ばれる理由

カールのノーベル賞は、理論的なひらめきの閃きによるものではなく、より狭く、それゆえに模倣が難しい、ある種の訓練された知覚能力によるものでした。それは、質量分析計上の予期せぬピークが、分野全体が見逃していた何かを意味していると認識する能力です。これは何十年もの地味な分光学的基礎研究を通じて構築された専門的なパターン認識であり、直感的な推測ではありません。カール自身、11日間の構造決定の疾走はクロトー、スモーリー、ヒース、オブライエンとの純粋なチームの努力によるものだとし、ノーベル委員会自身の評価も単一の洞察ではなく「彼らの発見」という集団的なものでした。正直な反論を述べる価値があります。バックミンスターフラーレンは、参加者全員の証言によれば、全く別のことを目指していた実験からの幸運な発見であり、カールは孤独な空想家ではなく、3人の同等なノーベル賞受賞者の一人でした。彼にこのラベルが付与される理由は、「天才」という言葉が一般的に暗示するものよりもロマンチックではありません。それは、データ内の異常がノイズではなく新しい物質の形態であることをリアルタイムで見抜くことを可能にした、キャリア全体にわたる機器的精度の規律です。

功績

バックミンスターフラーレンは、フラーレン化学からカーボンナノチューブに至るまで、ナノテクノロジーにおける炭素材料部門を立ち上げました。ライス大学にある2010年の国定化学歴史的ランドマークの指定は、それが起こった場所を示しています。カールは2022年7月3日、ヒューストンで88歳で亡くなりました。彼は著名な科学者としてというよりも、炭素がそれまで誰も割り当てたことのない形状を明らかにした際、適切な機器と異常を見抜く適切な目を持ってその場に居合わせた、働く分光学者として記憶されています。