罗伯特·柯尔：发现碳制足球的能谱学家

罗伯特·柯尔（Robert Curl）的大部分职业生涯都在通过微波和红外光谱技术聆听不稳定分子的振动，这些工作在化学系之外鲜为人知。然而，在1985年9月的11天里，一台借来的激光设备和质谱仪上出现的一个离群峰，让他获得了一个如此对称、看起来像是设计而非发现的分子，并使他在11年后获得了诺贝尔奖。这个曾经用化学套装里的硝酸瓶毁坏母亲瓷火炉的男孩，最终重写了碳的可能性。

传教士之子与化学套装

柯尔于1933年8月23日出生在德克萨斯州爱丽丝市（Alice），他的父亲是一位卫理公会牧师，因传教工作经常在德克萨斯州南部和西南部搬家。九岁时收到的一套化学套装为他的人生指明了方向，尽管它造成了家庭破坏。他在圣安东尼奥的托马斯·杰斐逊高中（Thomas Jefferson High）完成了高中学业，并选择了莱斯学院（Rice Institute）攻读大学——据他自己说，吸引他的是免学费、足球队以及化学系。他于1954年在该校获得学士学位，随后前往伯克利，在肯尼思·皮策（Kenneth Pitzer）指导下攻读博士学位，研究二硅氧烷键角的红外光谱。之后，他在哈佛大学与E·B·威尔逊（E. B. Wilson）进行了博士后研究，利用微波光谱探测分子的旋转势垒。1958年，他以年轻教师的身份回到莱斯大学，接管了一位离职教授的设备和研究生，并在此度过了余下的职业生涯。

在能谱研究中沉潜的几十年

近三十年来，柯尔的实验室工作集中在自由基和小的不稳定物种（如二氧化氯）的微波和红外光谱研究上——这是一项精确、技术性强且并不引人注目的科学，旨在通过分子吸收和发射光的精细和超精细细节来理解分子结构。这是严谨的仪器工作，训练科学家注意到信号何时不符合理论预期。这种专注的习惯比任何人预想的都更重要。

发现碳新形态的11天

1985年9月，英国化学家哈罗德·克罗托（Harold Kroto）来到莱斯大学，借用柯尔的同事理查德·斯莫利（Richard Smalley）为研究半导体团簇而制造的激光蒸发装置，希望重现红巨星中富含碳的环境并生成长碳链。柯尔加入了这项工作，与克罗托、斯莫利以及研究生詹姆斯·希思（James Heath）和肖恩·奥布莱恩（Sean O'Brien）并肩作战。通过强激光脉冲蒸发石墨，团队得到了他们的碳链，但质谱仪也显示了一些意想不到的结果：一个对应于正好60个碳原子的团簇的压倒性优势峰，以及一个对应70个碳原子的较小伴峰。一个如此惰性且突出的数字意味着它是一个闭合、对称、化学性质稳定的笼子，而不是开放的链。在接下来的11天里，研究小组得出结论，唯一符合数据的几何形状是六边形和五边形组成的足球状结构——这与建筑师巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）在其测地穹顶中使用的图案相同。他们将该分子命名为巴克敏斯特富勒烯（buckminsterfullerene）。柯尔的具体贡献在于优化了使信号如此清晰的碳蒸发条件，以及有助于确定其结构的谱分析。这一发现开辟了碳化学的一个全新分支——富勒烯，后来又出现了碳纳米管——1996年，柯尔与克罗托和斯莫利共同分享了诺贝尔化学奖，“以表彰他们发现富勒烯”。

获奖之后

柯尔对他接下来的工作直言不讳：正如他所说，“赢得诺贝尔奖后，你可以要么成为科学代言人，要么想出一个新的科学方向”去追求。他选择了后者，将其实验室转向DNA基因分型和测序仪器，后来又转向基于量子级联激光器的光声痕迹气体传感器——这是秉承他光谱学训练精神的应用型仪器制造科学。他还担任了莱斯大学洛维特学院（Lovett College）的首任院长，承担了诺贝尔奖得主通常被要求担任的机构导师角色。当莱斯大学校长询问他在获得诺贝尔奖后想要什么时，柯尔的要求一如既往地谦逊：在他的办公室和实验室附近安装一个自行车架，因为他每天骑车上班。他于2008年以74岁高龄从莱斯大学荣休，被选为美国国家科学院和美国艺术与科学学院院士，并获得过亚历山大·冯·洪堡高级美国科学家奖和英国皇家化学学会百年奖章等荣誉。

围绕日常生活的私人生活

柯尔于1955年与乔内尔·惠普尔（Jonel Whipple）结婚，两人在近七十年的婚姻中共同抚养了两个孩子。同事们对他的记忆与其说是宏大的宣言，不如说是稳定的习惯——每天骑自行车通勤，每周与莱斯大学的“桥牌旅”（Bridge Brigade）打桥牌——这种耐心和反复专注的性格，在他出现富勒烯之前，已在光谱实验室服务了他三十年。

为什么罗伯特被称为天才

柯尔的诺贝尔奖并非来自突发的理论灵感，而是来自某种更窄、某种程度上更难伪造的东西：一种经过训练的感知技能，能够识别出质谱仪上的一个意外峰意味着整个领域都忽略了某些东西。这是一种经过几十年不引人注目的光谱学基础工作培养出来的专家模式识别能力，而不是灵感猜测——柯尔本人将11天的结构冲刺归功于与克罗托、斯莫利、希思和奥布莱恩的真实团队合作，诺贝尔委员会的表述也是集体的，将功劳归于“他们的发现”而不是单一的洞察力。诚实的对立观点值得直白地表述：根据所有参与者的说法，巴克敏斯特富勒烯是针对完全不同的事物进行实验时的一个偶然发现，柯尔是三位共同平等的诺贝尔奖得主之一，而非孤独的梦想家。他赢得这个标签的原因并不像“天才”通常暗示的那样浪漫——而是一种贯穿职业生涯的仪器精度纪律，让他能够实时看到数据中的异常是一种新物质，而不是噪声。

遗产

巴克敏斯特富勒烯开启了纳米技术碳材料的领域，从富勒烯化学到碳纳米管，莱斯大学2010年的国家历史化学地标指定标志着它发生的地方。柯尔于2022年7月3日在休斯顿去世，享年88岁。人们记住他的身份与其说是名人科学家，不如说是一位工作中的光谱学家，他恰好在房间里，拥有正确的仪器和对异常现象的敏锐眼光，当碳揭示了前所未有的形状时，他在场。