אלפי פיסיקאים מ-62 מדינות, חמושים במכונה הגדולה בעולם, שמשקלה גדול פי ששה ממשקלו של מגדל אייפל, ייצאו בשנה הקרובה לאחת מההרפתקאות המרתקות בהיסטוריה של המדע. המטרה: להוכיח את קיומו של חלקיק זעיר, ולהראות שהעולם שבו אנו חיים הוא - ביסודו של דבר - מקום הרבה יותר פשוט מכפי שנראה לנו במבט ראשון. הצלחת המבצע תהווה השלמת חלקיק הפאזל האחרון בתמונה של "המודל הסטנדרטי", התיאוריה השלמה והמקובלת ביותר עד כה באשר למבנה החומר ביקום. כישלון יחולל רעידת אדמה של ממש בעולמם של הפיסיקאים, ויחייב בחינה מחודשת של אושיות המודל הסטנדרטי.

 

המכונה שבה מדובר היא מאיץ חלקיקים אשר נבנה במנהרה מעגלית שאורכה 27 קילומטרים, שנחפרה בעומק של כ-100 מטר מתחת לפני הקרקע, באיזור הגבול שבין צרפת לשווייץ, ליד ז'נבה. המעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שבמסגרתה נבנה ויופעל המאיץ, כיכבה באחרונה בספרו של דן בראון "מלאכים ושדים", אבל הסיפור האמיתי שלה מדהים לא פחות. מדעני סר"ן, למשל, המציאו ופיתחו את שפות המחשב ואת התפיסות הבסיסיות שלימים שימשו בסיס להקמת רשת האינטרנט. למעשה, השרת הראשון של "רשת הקורים העולמית" הופעל בסר"ן במטרה ליצור תקשורת טובה בין מדענים מכל העולם שמשתתפים בניסויים המתבצעים במקום. הארגון גם שימש מודל לכינון האיחוד האירופי, והשפעתו על הטכנולוגיה והכלכלה מזכירה במשהו את תוכנית החלל האמריקאית. אבל עם כל התהילה הזאת, המאיצים שנבנו עד כה בסר"ן לא הצליחו לגלות את החלקיק הנעלם. אנשים רגילים אולי היו מרימים ידיים, אבל הפיסיקאים לא התייאשו, ובמשך שנים תכננו ובנו מאיץ חדש, הגדול פי שבעה מהמאיץ הגדול ביותר הקיים כיום בעולם, המבוסס על מגנטים מוליכי-על. המאיץ הזה, הקרוי LHC) Large Hadron Colider), יאיץ אלומות של פרוטונים עד למהירות קרובה מאוד למהירות האור (99.999998% ממהירות האור) , כך שעל-פי תורת היחסות, מאסתם תגדל עד פי 7,500 ממאסתם הרגילה במצב מנוחה. הוא יכוון את האלומות זו לעומת זו,  ויגרום התנגשויות אדירות אנרגיה שינפצו את החלקיקים וייצרו למשך הרף עין תנאים דומים לאלה ששררו ביקום שברירי שנייה לאחר המפץ הגדול.

 

בראשית דרכו היה היקום פשוט, חם ואנרגטי מאוד. אך הוא הצליח להתקיים במצבו זה זמן קצר מאוד: ככל שנקפו השניות, התפזרה האנרגיה במרחב המתפשט, והיקום התקרר ונעשה מורכב ומסובך יותר מרגע לרגע. החלקיקים הראשוניים, שיכלו להתקיים רק ברמות האנרגיה הגבוהות, "הסתתרו" מאחורי "נציגים" מסוגים שונים, שהתרבו והלכו, תוך שהם מקיימים ביניהם קשרי משפחה מורכבים ולעיתים גם טעונים למדי. כך, פחות או יותר, התפתח היקום עד שנוצר העולם העכשווי.

 

בשביל לא מעט בני-אדם, העולם המורכב שבו אנו חיים, הוא עולם נפלא. אבל הפיסיקאים שבינינו אינם מסתפקים במציאות הנראית לעין. הם שואפים לרדת לשורשיה של המציאות הזאת, ולבדוק אם היא באמת מבוססת על הפשטות המוחלטת, האבודה, של היקום הקדום. את שלל חלקיקי החומר הם שואפים לראות כ"פנים שונות" או "הרכבים שונים" של מעט חלקיקים בסיסיים. את ארבעת הכוחות הפועלים בין החלקיקים האלה (הכוח החלש, האחראי לתופעת הרדיו אקטיביות, הכוח האלקטרו-מגנטי, הכוח החזק, האחראי לקיומם של פרוטונים וניטרונים, וכוח הכבידה) הם שואפים לראות כ"היבטים שונים" של כוח טבע בסיסי אחד ויחיד (כאשר שני חלקיקי חומר "מתמסרים" ביניהם במעין "כדור", אנחנו אומרים שפועל ביניהם כוח, ושה"כדור" הוא חלקיק שנושא את הכוח הזה).

 

גם מסע ארוך ומורכב מתחיל בצעד אחד, והצעד הראשון במסע לאיחוד הכוחות הוא איחודם של שני כוחות בלבד — הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש — בכוח בסיסי וקדום יותר, הקרוי הכוח האלקטרו-חלש. אבל מאמץ האיחוד הזה נתקל בקושי: החלקיק שנושא את הכוח האלקטרו-מגנטי הוא הפוטון. את הכוח החלש נושאים חלקיקי "W" ו-"Z", שהם בעלי מאסה אשר נמדדה במדויק בניסוי שבו השתתפו מדעני המכון. מאסת ה-"W" וה-"Z" מוענקת להם, על-פי התיאוריה, על-ידי חלקיקי הקרוי "היגס", על-שמו של הפיסיקאי הסקוטי פטר היגס מאוניברסיטת אדינבורו. תיאוריה זו זיכתה את היגס, יחד עם רוברט ברוט ופרנסיס אנגלרט, בפרס וולף לשנת 2004. הבעיה היא, כאמור, שחלקיק ה"היגס" טרם התגלה. ואם בסופו של דבר יתברר שהחלקיק הזה אינו קיים, תעלה במלוא חריפותה השאלה: מי מעניק ל-"W" ול-"Z" את המאסה שלהם באופן שמשמר את הסימטריות של המודל הסטנדרטי? הצורך במציאת הסבר תחליפי יחייב ארגון מחדש של המודל הסטנדרטי, דבר שמשמעותו קרובה להחזרת המחקר הפיסיקלי המודרני לנקודת ההתחלה - לפני כארבעים שנה.

 

במאמץ העולמי לגילוי חלקיק ה"היגס" הנעלם משתתפים כמה פיסיקאים ממכון ויצמן למדע, שאפשר לראותם, בין היתר, גם כמשפחה מאושרת: סב, אב ובן-נכד מדעיים. פרופ' גיורא מיקנברג, העומד בראש הקבוצה, הוא מורהו של פרופ' אהוד דוכובני, שהוא מורהו של פרופ' עילם גרוס. יחד איתם עובדים פרופ' ולדימיר סמכטין, ד"ר דניאל ללוש וד"ר לורן לוינסון, כולם מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ומרכז נלה וליאון בנוזיו לפיסיקה של אנרגיות גבוהות.

 

 

במאיץ מתחוללות התנגשויות רבות-עוצמה בין חלקיקים הנעים בכיוונים מנוגדים. באיזור ההתנגשות נוצרת מערכת אנרגטית מאוד, הדומה למצב שהיה קיים בחלקיקי השנייה הראשונים לאחר המפץ הגדול. כתוצאה מכך הופכים חלקיקי החומר לאנרגיה, לפי הנוסחה המפורסמת של אלברט איינשטיין, המתארת את השוויון בין החומר לאנרגיה: E=Mc2. לאחר מכן, האנרגיה מתפשטת במרחב והמערכת מתקררת (בדיוק כפי שקרה בתהליך התפתחות היקום). כתוצאה מכך חוזרת האנרגיה והופכת לחלקיקי חומר, העוברים ומשחזרים אותו תהליך רב-שלבי עד שהם יוצרים את החלקיקים המסוגלים להתקיים במציאות המוכרת לנו. המדענים העוקבים אחר שלביו השונים של התהליך הזה לומדים על מבנה החומר ועל התפתחות היקום.

 

תוצרי ההתנגשויות הם חלקיקים אנרגטיים שמתקיימים במשך פרקי זמן קצרים מאוד (שברירי שנייה), כך שכדי להבחין בקיומם יש לזהות את העקבות שהם מותירים אחריהם. למטרה זו פותחה תשלובת של גלאי חלקיקים שכל אחד מהם מותאם ללכידת חלקיקים מסוימים. הבעיה היא, שהסיכוי לקבל בהתנגשות בודדת את חלקיק ה"היגס" שקול לסיכוי לשלוף תא חי בודד מתוך עלה ספציפי של צמח הגדל על-פני כדור-הארץ בהושטת יד אקראית. כדי להתמודד עם המשימה הזאת פיתחו מדעני המכון, בראשות פרופ' מיקנברג, גלאי חלקיקים ייחודים, המיוצרים במכון, ביפן ובסין, נבדקים בטכניון ובאוניברסיטת תל-אביב, ונשלחים להתקנה במנהרת המאיץ בסר"ן. גלאים אלה מתוכננים לגלות חלקיקי מיואון, שעשויים להיווצר כתוצאה מהתפרקות של חלקיק ה"היגס", כלומר, בעצם קיומם הם עשויים להעיד על קיום קודם של חלקיקי "היגס". פרופ' מיקנברג מנהל את הניסוי לגילוי המיואונים (המונה כ-400 מדענים) בתחנת הניסוי "אטלס" על מאיץ ה-LHC בסר"ן. מערכת הניסוי הזאת כוללת את האלקטרו-מגנטים מוליכי-העל הגדולים בעולם, שנבנו בהשתתפות חברות ישראליות. המבנה כולו כולל 10,000 גלאי קרינה, הממוקמים בדיוק של מילימטר אחד בחלל שנפחו 25,000 מטרים מעוקבים, וכוללים מיליון וחצי ערוצי אלקטרוניקה. רוב המבנה המכני הגדול הזה בנוי ממרכיבים שיוצרו בישראל. מערכת לייזרים ייחודית עוקבת אחר מיקומם המדויק של הגלאים, בדיוק של 25 מיקרון (חצי מעוביה של שערת אדם).

 

מאיץ ה-LHC מסוגל למצוא את חלקיק ה"היגס" בכל טווח המאסות האפשריות שלו. המאיץ הזה מבוסס על אלקטרו-מגנטים מוליכי-על, הפועלים בטמפרטורות נמוכות מאוד: פחות משתי מעלות מעל האפס המוחלט (מינוס 271 מעלות צלסיוס), והוא יפיק כמיליארד התנגשויות חלקיקים בשנייה, מספר השקול למצב שבו כל אדם על פני כדור-הארץ ייפגש עם כל אחד מששת מיליארדי תושבי העולם, כל שש שניות. הצורך לחשב ולנתח את המידע מכל ההתנגשויות האלה שקול לניסיון להבין מה אומרים כל תושבי העולם, כשכל אחד מהם מנהל בעת ובעונה אחת 20 שיחות טלפון. שטף המידע הזה זורם במערכת של סיבים אופטיים ומתגים שיוצרו בישראל, ולצורך עיבודו מתוכננת רשת עולמית של מחשבים שתכלול כ-100,000 מחשבים שיהיו ממוקמים בכ-150 מרכזים בחמש יבשות ויהיו מקושרים ביניהם. מחשבים אלה יפעלו למעשה כמחשב ענק שיהיה מסוגל לנתח את תוצאות הניסוי. ריכוז עוצמה חישובית שכזו הכרחי לשם הבנת תוצאות הניסוי (שבמהלך שנה ירשום כחמישה מיליון ג'יגה בייט של נתונים), אך ישמש גם קבוצות מדעיות בתחומים אחרים, כביו-אינפור-מטיקה, חיזוי מזג אוויר, פיתוח תרופות, ותחומי מחקר שונים בכימיה.

 

 

עדיין לא ברור אם חלקיק ה"היגס" יתגלה ב-LHC, וכבר עולה שאלה נוספת: האם ייווצרו בו חורים שחורים זעירים? האפשרות המפתיעה הזאת עולה מתורת המיתרים, המציעה לפיסיקאים דרך אל הפשטות המוחלטת. לפי התורה הזאת, כל החלקיקים הידועים לנו אינם אלא מופעים ותוצרים של "מרכיב קדום" אחד; וכל הכוחות הפועלים בטבע אינם אלא היבטים שונים של כוח קדמון אחד ויחיד. "המרכיב הקדום" הזה, הקרוי "מיתר", שונה מכל החלקיקים המתוארים במודל הסטנדרטי. ראשית, הוא קטן יותר. אפשר לומר שמיתר קטן מאטום באותו יחס שבו אטום בודד קטן ממערכת השמש. שנית, כל החלקיקים ה"רגילים" הם (מנקודת מבטם של הפיסיקאים) "נקודתיים" במובן הגיאומטרי של המלה. כלומר, הם חסרי ממדים. אין להם   לא אורך, לא רוחב ולא עומק. האופי החומרי של החלקיקים האלה נובע מתהליכי "הלבשה" שבהם נעטפים החלקיקים בשדות שונים ונצמדים לחלקיקים אחרים. לעומת זאת, המיתר, לפי תיאורי מציעיו, הוא בעל מימד אחד לפחות.

 

הבעיה היא, שהתיאוריה הזאת עשויה להתאים למציאות בעולם שיש בו לא פחות מ-11 ממדים. במילים אחרות, או שהתורה הזאת אינה מתאימה לתיאור היקום הארבעה-ממדי שלנו (הכולל את שלושת ממדי המרחב ואת מימד הזמן), או שהיקום שלנו הוא בעל 11 ממדים, ואנחנו, בגלל מגבלותינו, איננו מבחינים בשבעה מהם. מתברר, שמצב כזה  עשוי להיות אפשרי, אם רק מוכנים להניח שלצד ארבעת הממדים המוכרים לנו "מקופלים" שבעה ממדים אחרים. לפי התחשיבים האלה, אם קוטר ה"קיפול" של הממדים הנוספים האלה קטן מאוד, קיומם לא יסתור את תמונת המציאות החומרית כפי שהיא נראית לנו.

 

כדי להבין מה הם "ממדים מקופלים", אפשר לחשוב על נמלה הנמצאת על צינור שקוטרו, נאמר, חצי מטר. אם היא תלך לאורך הצינור, היא תבחין במימד אחד של עולמה: אורך. אם היא תלך מסביב לקוטרו, היא תחזור למקום שממנו יצאה למסעה ותבחין במימד נוסף, שונה. אבל, אם קוטרו של הצינור יהיה קטן מאוד, הרבה יותר קטן מגודלה של הנמלה עצמה, היא לא תוכל ללכת סביבו, ולא תבחין בו. הפיסיקאים החוקרים את תורת המיתרים מציעים תמונת מציאות, שקיימים בה שבעה ממדים "מקופלים" ו"מכווצים" עד כדי כך שאיננו יכולים להבחין בהם.

 

תמונת עולם זו עשויה לספק פתרון לאחת מהתעלומות הבסיסיות בפיסיקה: חולשתה היחסית של הכבידה, החלשה מהכוח האלקטרו-מגנטי, למשל, מאות טריליוני מונים. אחד ההסברים האפשריים לתופעה זו הוא, שהכבידה מתפשטת לתוך שבעת הממדים ה"מקופלים", או לאחדים מהם, ולפיכך, כשאנו מודדים אותה בעולמנו בעל ארבעת הממדים, אנו מתייחסים לחלק קטן ממנה בלבד.

 

אם התפיסה הזאת נכונה, באזורי התנגשות החלקיקים ב-LHC עשויים להיווצר תנאים ייחודיים: הפרוטונים המואצים, עתירי המאסה, מתקיימים גם בממדים המקופלים, דבר שייצור ריכוז עוצמה אדירה של כבידה בשטח קטן מאוד. במצב כזה עשוי להיווצר חור שחור. למעשה, על-פי התחשיבים, ב-LHC ייווצר חור שחור זעיר מדי כשנייה. אין צורך לחשוש: חורים שחורים מתאפיינים ביחס הפוך בין מאסה לטמפרטורה. כלומר, אם מאסת החור השחור גדולה, הטמפרטורה שלו נמוכה. אם מאסת החור השחור קטנה מאוד (כפי שיקרה - אם יקרה - ב-LHC), הטמפרטורה שלו תהיה גבוהה מאוד. למעשה, במקרה זה היא תהיה כל כך גבוהה, עד שהחור השחור יתאדה בתוך שבריר זעיר של שנייה.

 

פרופ' אהוד דוכובני ותלמיד המחקר אריה מלמד-כץ פיתחו אלגוריתם ייחודי שיאפשר לנתח את נתוני האירועים האלה (שייקלטו היטב בגלאי החלקיקים), ולמצוא לפיהם את מספר הממדים הנעלמים של החור השחור הזעיר. למעשה, החישוב הזה יתאפשר רק אם תכונות החור השחור קשורות למספר הממדים שבהם מתפשטת הכבידה. בדרך זו אפשר יהיה, אולי, לספק מדידה מציאותית של אחד מההיבטים המרכזים של תורת המיתרים.

 

נולד בשם חורחה בבואנוס איירס, ארגנטינה, בשנת 1947. כנער צעיר, בן 16, נפרד ממשפחתו, שינה את שמו לגיורא, ועלה לבדו לישראל כדי לנסות את חיי הקיבוץ. משם, בעקבות השפעתו של פרופ' יהודה שדמי, החל ללמוד פיסיקה, מה שהביא אותו, בהמשך, למכון ויצמן למדע. בצה"ל שירת תחת פיקודו של סמל אהוד דוכובני. בסר"ן הוא מוכר בשם ג'ורג'. איך לא מתבלבלים בין שלושה שמות? פרופ' מיקנברג: "האמת, זה דווקא נוח. כשמישהו קורא בשמי, אני יודע בדיוק מאיפה הוא מכיר אותי, וכך קל לי יותר לנהל תקשורת עם אנשים".

 

נולד בתל-אביב ושירת ביחידה מובחרת של חיל קשר. עם תום שירותו נסע ללמוד מוסיקה בניו-יורק. ההיתקלות בספר הפולחן "הטאו של הפיסיקה" הביאה אותו בחזרה לישראל וללימודי פיסיקה באוניברסיטה העברית. את עבודת המוסמך בתורת המיתרים עשה במכון ויצמן למדע, ובהמשך "ערק" לפיסיקה הניסיונית של אנרגיות גבוהות ולקבוצתו של פרופ מיקנברג. היום, בין נוסחאות מתמטיות ותרשימים של אלומות חלקיקים, הוא ממשיך לטפח את המוסיקה (הפעם כתחביב), ואפילו חולם וברצינות להפיק מופע שמשלב מוסיקה ותובנות מתחום חקר החלקיקים. באחרונה, בלילות, כשאינו עסוק בחישובים הקשורים לחלקיקים ולאיחוד הכוחות, אפשר למצוא אותו באולפני הקלטות, שם הוא שוקד על ביצוע שיר שכתב על איינשטיין. הוא אב לשתי בנות, נופר (20) ויערה (15).

 

נולד בישראל בשנת 1953. בנעוריו היה אלוף ישראל בשחייה ובקליעה למטרה. בצבא שירת ביחידה מובחרת. לאחר שחרורו היה מעורב בפיגוע טרור וזכה, עקב פעולתו באירוע, לאות האומץ ולאות ה-Verdienstkreuz am Band מנשיא גרמניה. במסגרת שירות המילואים במלחמת של"ג נפגע בגבו. הוא נשוי לנגה לבית תמיר ואב לארבעה.

 

 

 

 

 

 

בתהליך הפיתוח של מטול קרני לייזר יש להתחשב בשתי תכונות מרכזיות של הקרן המבוקשת: עוצמה ואיכות. קרן בעלת איכות גבוהה יכולה להתמקד - כמו פגיון - בנקודות קטנות ומדויקות. קרן בעלת איכות נמוכה מתאפיינת, לעומת זאת, בפיזור רב יותר, שגורם לכך שהיא פועלת כמעין סכין קהה. עד לאחרונה אי-אפשר היה לשלב את שתי התכונות האלה של קרני לייזר באופן פשוט. אפשר היה ליצור קרן חזקה אבל קהה - או קרן חלשה אבל חדה. מדענים רבים קיבלו את מצב העניינים הזה כעובדת חיים שיש ללמוד לחיות עמה. אבל צוות של מדענים ממכון ויצמן למדע סבר, שאם עובדות החיים אינן מתאימות לצרכיך, אתה יכול - וצריך - להעלות שאלות שיעלו אותך על הדרך לשינוי העובדות. והם שאלו: מה יקרה אם נשלב כמה לייזרים חלשים? האם הקרן המשולבת תהיה חזקה ובעלת איכות טובה בעת ובעונה אחת? והאם היא תקיים תכונות אלה לאורך זמן? השאלות האלה הובילו את פרופ' אשר פריזם, פרופ' ניר דודזון, ותלמידי המחקר עמיאל ישעיה, ורדית אקהויז ולירן שמשי מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות לשילוב של 16 קרני לייזר חלשות וליצירת קרן אחת, חזקה ובעלת איכות גבוהה. מאמר המתאר את המחקר הזה התפרסם באחרונה בכתב העת המדעי Optics Letters.

 

שילוב יעיל של קרני לייזר אפשרי רק כאשר קרני הלייזר המיועדות לשילוב הן בעלות תכונות קוהרנטיות, כלומר, שכל מאפייניהן זהים לחלוטין. כמו כן, גלי האור השונים חייבים להתמקם זה ליד זה בהתאמה מושלמת. רק כאשר שני התנאים האלה מתקיימים, נוצרת "קרן-על" חזקה המשמרת את תכונות האיכות הגבוהה של הקרניים שמרכיבות אותה. קל, יחסית, להקליד את המילים והמשפטים האלה, אבל הרבה יותר קשה להכיל בכפיפה אחת את שני התנאים האלה. כל הפרעה זעירה עלולה להזיז את הקרניים כך שלא תהיה ביניהן התאמה מלאה.

 

כדי להתגבר על הקושי הזה פיתחו המדענים מתקן שמאפשר מעין "ברירה טבעית" של קרני לייזר אשר עונות על דרישות השילוב, ופוסל את אלה שאינן עונות על הדרישות האלה. במתקן נוצרות 16 קרני אור, הטסות, כמעין חיצים, אל התקן אופטי מיוחד שפיתחו המדענים. אבל, רק אם הן עונות במדויק על דרישות ההתאמה הקוהרנטית, הן עוברות לצדו האחר ללא הפסדים, שם הן צוברות עוצמה. הקרניים שאינן עומדות בדרישות הקוהרנטיות סובלות מהפסדים חזקים במעבר דרך האלמנט. "זה פועל כמעט כמו קסם", אומר פרופ' דודזון, "כאילו שלקרני הלייזר יש אישיות והן יכולות להחליט בעצמן כיצד לנהוג. הן 'מחליטות' להתאים את עצמן זו לזו, מכיוון שהן 'יודעות' שאם לא יעשו כן, הן 'ינודו' ולא יוכלו להמשיך בדרכן. למעשה, הן מסוגלות להמשיך ולהתאים את עצמן במהירות רבה גם בתנאי חוסר יציבות. לכן, התוצאה הסופית המתקבלת היא קרן יציבה, בעלת עוצמה רבה, חדה וממוקדת".

 

קרני לייזר כבר שולבו בעבר, במקומות שונים בעולם, אבל התוצאה שהשיגו מדעני המכון טובה במידה משמעותית מתוצאות אחרות שהתקבלו עד כה. למשל, בשיטות השילוב הקודמות אפשר היה לשלב באופן קוהרנטי מספר מוגבל של קרני לייזר. בשיטת השילוב החדשה אין, באופן תיאורטי, גבול למספר הקרניים המשתלבות - דבר שמאפשר ליצור קרן משולבת חדה מאוד ובעלת עוצמה רבה מאוד. הקרן הנוצרת בשיטה זו היא גם יציבה יותר - תכונה חשובה ליישומים מעשיים שעשויים להיות, בין היתר, במתקני מכ"ם, תקשורת אופטית, טכנולוגיות חלל, עיבוד חומרים, וטיפולי לייזר רפואיים שונים.

 

 

 

 

 

 

 

ב"תשעה נסיכים לאמבר" מספר רוג'ר זילאזני על נסיכי העיר האמיתית  היחידה, הנעים מנקודה לנקודה ביקום תוך שהם משנים את המציאות בכוח מחשבתם. במילים אחרות, העולם אולי צפוי, אבל הרשות נתונה. כך, למשל, ההסתברות שאלקטרון שיוצא מנקודה אחת יגיע לנקודה שנייה תלויה בשאלה, האם מישהו צפה בו בדרכו, או מדד אותו בכל דרך אחרת. הצופה, על-פי אחד מעקרונותיה היותר ידועים של תורת הקוואנטים, משנה את התוצאה.

 

מדעני המרכז למחקר תת-מיקרוני שבמכון ויצמן למדע הדגימו בעבר את העיקרון הזה באלקטרונים. הם בנו מתקן ניסוי שגודלו כמיקרון (אלפית המילימטר), אשר הכיל מחסום שנפתחו בו שני פתחים; דרכם חלפו אלומות אלקטרונים, ששוגרו לעבר לוח מטרה אשר הוצב מאחורי המחסום. על-פי תורת הקוואנטים, חלקיקים תת-אטומיים מתאפיינים בקיום כפול, מצד אחד הם חלקיקי חומר, אבל באותו זמן הם גם גלים. הגלים יכולים לעבור בעת ובעונה אחת בשני הפתחים שבמחסום, ולאחר מכן להתאבך זה עם זה בכל נקודה לאורך קו המטרה. התאבכות זו יכולה להיות בונה - ואז האלקטרון מגיע לנקודה שבה מתחוללת ההתאבכות, או שהיא הורסת - ואז הגלים מבטלים זה את זה, והאלקטרון אינו מגיע למקום זה לעולם.

 

אחת השאלות המעניינות בהקשר זה היא, "מהו חלקיק קוואנטי" (שיכול להתנהג כחלקיק וכגל כאחד). אדם, למשל, לא יכול ליהנות מהמעמד הנחשק הזה, בין היתר מכיוון שגודלו גורם לכך שכשהוא נע בסביבה הוא יוצר יחסי גומלין עם הרבה מאוד גורמים בסביבה, המתפקדים כ"צופים" ששוללים ממנו את הקיום הגלי ומותירים לו את אפשרות הקיום החומרי בלבד. אם כן, איפה בדיוק עובר הגבול בין העולם הקוואנטי לעולמם של העצמים הגדולים? במקומות שונים בעולם כבר יצרו גלים של חלקיקים גדלים והולכים, כמו "כדורי בקי", שהם מבנים המכילים 60 אטומי פחמן, ואפילו של נגיפים.

 

ההתאבכות (המעידה על מעבר הגלים בשני הפתחים שבמחסום בעת ובעונה אחת) יכולה להתחולל רק כאשר אין צופים במערכת בשעת פעולתה. כאשר מציבים במערכת "צופה" שמבחין באלקטרונים שעוברים באחד מהפתחים, משתנה התמונה לחלוטין: אם ידוע שהחלקיק עבר בפתח אחד, הרי ברור שהוא לא עבר בפתח השני, כך שלא קיימים שני גלים ולא מתקיימת התאבכות. במקרה כזה, האלק-טרונים יצטברו מאחורי שני הפתחים שדרכם עברו אל צדו האחר של המחסום. כך משפיע הצופה על המציאות שהוא צופה בה.

 

ניסויים שבוצעו בעבר בתחום זה התבססו, למעשה, על סטטיסטיקה של חלקיקים רבים שעברו דרך הגלאי, כשכל אחד מחלקיקי ה"צופה" פעל כ"צופה" עצמאי ובודד, וסיפק רק חלק קטן מהמידע של הגלאי כולו. אבל באחרונה הצליחו פרופ' מוטי הייבלום, תלמיד המחקר יזהר נדר, וד"ר דיאנה מהלו וד"ר ולדימיר אומנסקי מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, לבנות מתקן ניסוי מתקדם, שדרכו (כלומר, גם בפתחים שבמחסום וגם ב"צופה הקוואנטי") עוברים אלקטרונים בודדים, בזה אחר זה. למעשה, האלקטרונים שבצופה היו כל-כך קרובים לאלקטרונים החולפים, עד שנוכחותם הרסה את ההתאבכות. לכן, כשה"צופה" הופעל, לא התקיימה התאבכות, וכאשר ה"צופה" לא פעל, התקיימה התאבכות. כאשר שונתה רגישות הצופה, דבר ששינה גם את מידת יכולתו לצפות בדייקנות בגלי האלקטרונים העוברים בחרכי המחסום, נרשם מעבר רציף מהתנהגות גלית להתנהגות חלקיקית.

 

לאחר שתבנית ההתאבכות נהרסה  לחלוטין, והאלקטרונים התנהגו כחלקיקים לכל דבר, נמדדו במקביל שתי המערכות: מערכת המחסום עם הפתחים ומערכת "הצופה הקוואנטי", כלומר, "כל העולם" מבחינתם של האלקטרונים. במדידה זו הופיעה מחדש ההתאבכות, שנעלמה במדידה הקודמת, שבה נמדדו רק האלקטרונים שחלפו דרך המחסום(וכתוצאה ממדידת ה"צופה" עברו למופע החלקיקי שלהם).

 

הריסת ההתאבכות והופעתה מחדש היא הדגמה בסיסית של השפעת הצופה על התוצאה. השליטה בהופעת ההתאבכות והיעלמותה התאפשרה רק במערכת מבוקרת, בעלת צופה אחד ויחיד. במערכות מורכבות, בעלות צופים רבים (כמו למשל המציאות המוכרת לכולנו), קיומם של צופים רבים ובלתי-מבוקרים מונע, למעשה, את גילוי ההתאבכות, ולכן גורם לקיום מתמיד של המופע החלקיקי. זו אחת מהסיבות לכך ששיגור ושידור בני-אדם נותרו - בינתיים - נחלתם של סרטי מדע בדיוני.

 

 

 

 

 

יזמי בנייה וסוכני נדל"ן אולי לא יאהבו את הקביעה הזאת, אבל בתנאים ובזמנים מסוימים, נכסי דלא ניידי עשויים להיות ניידים למדי. הקוראן אף מגדיל לעשות בעניין זה בסיפור הידוע על הר שקם מרבצו והלך לו למקום אחר, כדי לבקר את הנביא מוחמד. דבר דומה קרה לפני 50 מיליון שנה, באיזור שכיום עובר בו הגבול בין ויאומינג למונטנה. רכס הר שצלעו נמשכת לאורך כ-100 קילומטרים פשוט ניתק ממקומו המקורי ונדד למרחק 50 קילומטרים. הרכס ש"נסע לטייל", הידוע בשם "הר הלב", ריכז אליו תשומת לב של גיאולוגים וגיאו-פיסיקאים מכל העולם, שניסו לפענח את סיבת הגלישה היבשתית הגדולה ביותר הידועה על פני כדור-הארץ. ד"ר עינת אהרונוב מהמחלקה למדעי הסביבה במכון ויצמן למדע, שעבדה בשיתוף פעולה עם ד"ר מארק אנדרס מאוניברסיטת קולומביה שבניו-יורק, הציעה באחרונה הסבר לתופעה. מחקר זה תואר במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Geology.

 

ההסבר של ד"ר אהרונוב וד"ר אנדרס מתבסס על דיקים של לבה, שהם סדקים אנכיים מלאים לבה רותחת המוסעת מעלה מעומק כדור-הארץ. ב"הר הלב" חדרו דיקים כאלה חדרו דרך שכבת סלע גיר אל מאגרי מי התהום בעומק שלושה קילומטרים. הלבה הרותחת חיממה את המים, כך שנוצר לחץ אדיר שפעל בתוך ההר. המדענים פיתחו מודל מתמטי שאיפשר להם לחשב (על-פי מספר הדיקים הקיימים בהר, ומבניהם) את הטמפרטורות והלחצים שנוצרו. תוצאת החישוב הזה הראתה בבירור, שהחום והלחץ שנוצרו כתוצאה מחדירת הדיקים למאגרי מי התהום הפעילו את הכוח שהיה דרוש כדי להזיז את הר הלב ממקומו המקורי אל מקומו הנוכחי.

 

 

 

 

 

 

לכל מטבע יש שני צדדים. הדברים האלה, מתברר, נכונים גם כשמדובר במוטציות, שהן שגיאות גנטיות בחומר התורשתי, הדי-אן-אי. התפיסה המקובלת היא, שככל שמתרבות המוטציות, עולה הסיכון להתפתחות סרטן. אבל, בשנים האחרונות התברר שתהליכים מחוללי מוטציות, המתקיימים במינון נמוך, דווקא מגוננים עלינו מהתפתחות סרטן. איך הגוף יודע להבטיח שהתהליכים מחוללי המוטציות יתקיימו במידה הנכונה, ושהם לא ייצאו מכלל שליטה, ולא יגרמו לעלייה חדה בסיכון לסרטן? תשובה ראשונית לשאלה הזאת עולה ממחקר שביצעו באחרונה פרופ' צבי ליבנה, ותלמידי המחקר שרון אבקין וליאן טאוב, יחד עם ד"ר זיו סביליה, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, פרופ' משה אורן מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, ושני חוקרים מארה"ב. מחקר זה התפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Molecullar Cell.

 

תהליך השיכפול של החומר הגנטי, בתהליך ההתחלקות של תאים חיים, מבוסס על משפחה של אנזימים מסוג די-אן-אי פולימרז. האנזים הזה "נוסע" על אחד מגדילי החומר הגנטי, "קורא" אותו, ומייצר על-פיו העתק שעובר אל התא החדש המתפתח מהתא המקורי. כאשר על גדיל הדי-אן-אי קיים נזק כימי (כתוצאה מקרינה או מחשיפה לחומרים מזיקים שונים), אנזים בעל רמת דייקנות טובה עוצר ואינו יכול להמשיך בדרכו. עצירה כזאת גורמת למות התא. מכיוון שברור שלא כל נזק לדי-אן-אי מצדיק צעד כל כך קיצוני, התפתחו בגוף גם אנזימים "רשלניים" יחסית, המסוגלים "לאלתר" ולהמשיך בתהליך גם כשהם נתקלים בנזקים. תהליך זה, המכונה "תיקון די-אן-אי מועד לטעות", הוא תהליך של פשרה: הוא מאפשר לתא לחיות, אבל במחיר של יצירה מסוימת של מוטציות שנוצרות בהכרח כתוצאה מהצורך לשכפל את מקטע הדי-אן-אי, שבו הנזק שיבש את המידע הגנטי. כדי למזער את מספר המוטציות התפתחו בגוף לא פחות מעשרה אנזימים "רשלניים" משכפלי די-אן-אי. במבט ראשון זה נראה פרדוקסלי, שכן ריבוי אנזימים כאלה עלול להוביל לתוצאה לא רצויה של גידול בשיעור המוטציות. אלא שלמעשה, לכל אנזים רשלן יש מומחיות להתגבר באופן מדויק יחסית על סוגים מסוימים של נזקי די-אן-אי. כאשר כל אנזים מטפל רק בנזקים שלהם נועד, התוצאה היא רמה נמוכה יחסית של מוטציות, ולכן קיים סיכון נמוך להתפתחות סרטן. ברור, כי מנגנון כזה מחייב מערכת בקרה קפדנית שתמנע פעילות בלתי-מרוסנת של האנזימים המשכפלים "הרשלניים", אשר עלולה לגרום לריבוי לא רצוי של מוטציות.

 

פרופ' ליבנה וחברי קבוצת המחקר שלו גילו באחרונה את מנגנון האבטחה המונע התפרצות יתר של מוטציות. מנגנון זה מבוסס על מעין "סידור עבודה" קפדני בין האנזימים ה"רשלניים" המשכפלים די-אן-אי, כך שכל אחד מהם פועל רק כשבאמת יש צורך בתכונותיו המיוחדות, דבר שממזער בסופו של דבר את שיעור המוטציות.

 

השחקנים הראשיים במנגנון אבטחה זה הם החלבונים p53 ו-p21. החלבון p53 נודע בעבר בכינוי "שומר הגנום", ואף הוכתר כ"מולקולת השנה" על-ידי כתב-העת המדעי "סיינס". חלבון זה ממלא תפקיד מרכזי בבלימת תהליכים סרטניים בגוף, ובקבלת ה"החלטה" מתי הנזקים הגנטיים שנגרמו לתא ניתנים לתיקון, ומתי הם חמורים עד כדי כך שכדי למנוע התפתחות של גידול סרטני מוטב לגרום למותו של התא הבודד. מחקרו של פרופ' ליבנה מגלה, כי p53 ואחד מקרוביו, p21, מהווים גורמי אבטחה המרסנים את שיעור הפעילות ויצירת המוטציות של האנזימים המשכפלים די-אן-אי. כשהתיפקוד של אחד מהחלבונים המווסתים הללו נפגע, פוחתת ההשגחה של הגוף על תהליכי השיכפול הגנטיים, דבר הגורם לפעילות בלתי-מרוסנת של האנזימים ה"רשלניים", ומוביל להיווצרות של יותר מוטציות ולהגברת הסיכון להתפתחות סרטן.

 

כיצד הם עושים זאת? מתברר שהאנזים המשכפל את הדי-אן-אי מחוזק לגדיל של החומר הגנטי, שעליו הוא נע באמצעות מעין "תפס מולקולרי". כאשר האנזים הזה נתקל בנזק שנגרם לדי-אן-אי, נצמד אל "התפס המולקולרי" שלו החלבון יוביקוויטין. חלבון זה "מסמן" בדרך כלל חלבונים המיועדים לפירוק, אך במקרה זה הוא מהווה מעין "עוגן" שאליו נקשרים האנזימים המשכפלים המחליפים, ה"רשלניים" יותר. החלבון p53 מפעיל את יצירתו של החלבון p21, וזה נקשר ראשון אל "התפס המולקולרי", ומזרז את התקשרות היוביקוויטין אליו. הוא גם מגדיל לעשות ומסלק מהדרך את האנזים המשכפל שכשל, ומכין בכך את השטח לקליטה מהירה ויעילה יותר של היוביקוויטין, שאליו נקשר לאחר מכן האנזים המחליף. כך מווסת ה-p21 את תהליך השיכפול של החומר הגנטי תוך שמירת איזון בין הצורך של הגוף לשמור על התאים החיים (גם תוך ויתור מסוים והסתפקות ברמת דיוק לא מושלמת), לבין מניעת היווצרות של כמות גדולה מדי של מוטציות, העלולה להגביר במידה לא רצויה את הסיכון לפתח גידולים סרטניים.