תיאוריית הקשר

 

האטומים של רוב היסודות הקיימים ביקום ניחנים בתכונה מפתיעה: הם נקשרים אלה לאלה - בסוגים שונים של קשרים-וכך הם יוצרים שלל עצום ורב של מולקולות. אילמלא התכונה הזאת,היה העולם נראה שונה לחלוטין מכפי שהוא נראה היום. דוגמה אחת מני רבות לשוני הזה עולה מהעובדה שהיווצרות תרכובות שונות היא השלב הראשון וההכרחי בדרך להתפתחות חיים.

 

ובכן, שפר עלינו גורלנו, הטבע העניק לאטומי היסודות את הנטייה להיקשר אלה לאלה וליצור תרכובות שהובילו ליצירת חיים, שהתפתחו עד לרמה של חיים תבוניים,שיצרו את המדע, שבמסגרתו, בחדר צנוע במכון ויצמן למדע, שוקד פרופ' דוד טנור על מציאת דרכים לפירוק ולשבירת קשרים בין אטומים. נפלאות דרכי הבורא.

 

מתברר, ששבירת קשר, או קשרים בין אטומים שמרכיבים מולקולה מסוימת,עשויה להוות דרך יעילה ל"חילוץ" מולקולה רצויה כלשהי מתוך מולקולה גדולה ומורכבת יותר. הדרכים הנפוצות לשבירת קשרים הן חימום התרכובת שאותה מנסים לפרק, או שימוש באנזימים, שהם מעין "מכונות מולקולריות" השוברות קשרים בין-אטומיים מסוימים, או מעודדות את היווצרותם שלקשרים אחרים.אבל דרכי הפעולה ה"קלאסיות" האלה אינן ניתנות ליישום בכל מקרה, לא תמיד הן מסוגלות לבצע פעולות עדינות ומדויקות מספיק, ולא תמיד שיטת הפעולה הזו יעילה, נוחה וזולה מספיק כדי שאפשר יהיה לנצל אותה בתהליכים תעשייתיים שונים.

 

פרופ' טנור בוחן את האפשרות לנתק באופן בררני סוגים שונים של קשרים כימיים בין אטומים במוקולות, באמצעות קרני לייזר.קרן לייזר נוצרת כאשר אטומים מעוררים(באמצעות קרינת אור או באמצעות זרם חשמלי), וכתוצאה מכך האלקטרונים שלהם עוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר, ואז "נופלים בחזרה" תוך שהם פולטים את האנרגיה שנאגרה בהם בתהליך העירור בצורת פוטונים, שהם חלקיקי אור. האור הבוקע מאטומי החומר המעוררים מתאפיין בשתי תכונות בולטות. התכונה הראשונה היא אורך גל, הנקבע על ידי תכונותיו הפיסיקליות של האטום הפולט (כל חומר פולט גלי אור בטווח ייחודי משלו). התכונה הנוספת מתבטאת בעובדה שגלי האור הנפלטים בדרך זו הם מקבילים זה לזה.כך נוצרת קרן לייזר, העשויה לשמש למטרות תעשייתיות ורפואיות.

 

השאלה המעסיקה את פרופ' טנור היא,כיצד אפשר להשתמש בקרני לייזר כדי לפרק באופן בררני קשרים בין אטומים מסוימים במולקולה מסוימת, מבלי לפגוע בקשרים כימיים אחרים. כדי לענות על השאלה הזאת הציע פרופ' טנור ליצור "מפתח של אור" ייחודי המתאים אך ורק לשבירתו של קשר כימי מוגדר,שאינו פוגע בקשרים האחרים."מפתח האור" נוצר כאשר משתמשים בלייזר שדה-חזק בעל עוצמה מתכווננת, אורך גל הניתן לשינוי ומופע גל משתנה. מספר השילובים האפשריים בין שלושת הגורמים האלה מאפשר, למעשה, יצירה של אין-סוף "מפתחות אור" שונים. הרוב המוחלט של"מפתחות האור" האלה הם חסרי שימוש בעולמה של הכימיה, אבל כמה מהם אכן "פותחים" מולקולות מסוימות ומבצעים בהן חיתוכים וניתוקי קשרים עדינים, כך שאחד,או יותר, מתוצרי הפירוק האלה הוא מולקולה של חומר מבוקש.

 

הבעיה היא שמספר "מפתחות האור" האפשריים הוא כאמור אין-סופי, וניסיון להתאים "מפתח אור" מסוים לתהליך תעשייתי כלשהו, בדרך של ניסוי וטעייה,עלול להיות ארוך, מייגע, יקר ובלתי יעיל.כדי להתגבר על הבעיה הזאת, פרופ' טנור מפעיל ומפתח שיטות לחישוב קוואנטי, העשויות לקשור ולהתאים שילובים שונים של תכונות לייזר ("מפתח אור"), לביצוע ניתוק בררני של קשרים כימיים. לצורך זה השתמש פרופ' טנור בכלים מתחום תורת האופטימיזציה (כלים דומים משמשים,בין היתר, לתכנון רובוטים, הנדסת אווירונאוטיקה ועוד).

 

בדרך זו מקווה פרופ' טנור ליצור, ברבות הימים, מעין "אטלס של מפתחות אור".תעשיינים ומדענים שיבקשו לבצע תהליכים כימיים שונים, הדרושים לייצור תעשייתי שלחומרים שונים, לרבות תרופות, יוכלו פשוט לפתוח את ה"אטלס" הזה לקבל מרשם מדויק לביצוע תהליך הייצור באמצעות קרני לייזר, באופן יעיל, נקי, ידידותי לסביבה וזול יחסית .