בקליפת גרעין

כאשר השלטון הסובייטי סגר את בתי-הספר שלימדו בעברית, סידר פרופ' בן-ציון דינבורג (לימים דינור, שר החינוך והתרבות) רישיונות עלייה לארץ ("סרטיפיקטים") למורים בתקווה להביאם לקיבוצים ולמושבים. כך ארבע שנים לאחר שנוסד כפר יחזקאל, מושב העובדים השני בארץ-ישראל, הצטרפה לשורותיו משפחת תלמי (לשעבר סמילנסקי), שעלתה מאוקראינה ב-1925: ההורים משה ולאה, מורים לעברית, בתם תחיה כבת עשר ובנם הפעוט, יגאל, בן פחות משנה. באונייה שהגיעה מאודסה ליפו היו עוד שתי משפחות מורים, אך הן נשארו בתל-אביב, שנראתה להן חלוצית למדי.

יגאל גדל במושב לרגלי הגלבוע, בלב עמק יזרעאל, ולמד עד כיתה ט' בבית-הספר בכפר שאותו ניהל אביו (על משה תלמי כתב בהערכה רבה אחד מתלמידיו – עזריה אלון). כיתה י' הייתה בקבוצת גבע, ויגאל עם עוד ארבעה נערים צעדו מדי בוקר לגבע. כשירדו גשמים ובוואדי בין היישובים זרמו מים, לא התאפשר מעבר.

יגאל חבר לטוביה קושניר, מנערי המושב שבגלל סיבות משפחתיות נשלח לקיבוץ יגור כ"ילד חוץ". שם הצליח המורה לטבע להלהיב אותו והוא נעשה חובב טבע מושבע. בחופשות מיגור, היחיד במושב שאיתו יכול היה טוביה לחלוק את התלהבותו היה יגאל. בשעות הפנאי היו שני הנערים נהנים לשוטט בנוף הפראי של הגלבוע, לצוד פרפרים, לבחון צמחים ולתעד את פרטיהם. "ציידי הפרפרים" כינו אותם בלעג חבריהם, שהעריכו רק "עבודה אמיתית" במשקי הוריהם. טיול הרפתקני במיוחד של השניים התקיים בחופשת פסח 1942 אל הר החרמון (בשטח לבנון); הוא מתואר בספרה של דבורה עומר "סערה באביב".

יגאל חלם ללמוד ביולוגיה, אך לשם כך היה עליו לסיים תיכון. הימים היו ימי מלחמת העולם השנייה, והוריו חששו לשלוח אותו ללימודים בתל-אביב והחליטו שילמד בכוחות עצמו. יגאל החל ללמוד, בין היתר, בעזרת ספר פיסיקה ישן שהיה בביתם, וגילה שאפשר לחשב תופעות טבע, כגון נפילה חופשית של גופים. התגלית הציתה את דמיונו ואט-אט זנח את הרעיון ללמוד ביולוגיה והתמקד בפיסיקה. אלא שהלימוד העצמי לא צלח.

יגאל למד את הנושאים שעניינו אותו וזנח מקצועות "לא מעניינים". בסופו של דבר, למרות המלחמה, החליטו הוריו לשלוח אותו לתל-אביב, לגור אצל חבריהם. הוא התקבל לגימנסיה הרצליה בשליש האחרון של כיתה י"א, וזאת בתנאי שילמד במגמה הריאלית (ידיעותיו בהיסטוריה לא סיפקו את הבוחן). 

בשעות הפנאי היו שני הנערים נהנים לשוטט בנוף הפראי של הגלבוע, לצוד פרפרים, לבחון צמחים ולתעד את פרטיהם. ""ציידי הפרפרים" כינו אותם בלעג חבריהם, שהעריכו רק "עבודה אמיתית" במשקי הוריהם

מקבילית המוחות

בתום לימודיו, בשנת 1942, התנדב לפלמ"ח. למרות ראייתו הלקויה סירב להרכיב משקפיים כדי לא להיות "אבו-ארבע". באותם הימים, בסיסי הפלמ"ח היו בקיבוצים, שבועיים בחודש עבדו הפלמ"חניקים בקיבוץ ושאר הזמן הוקדש לאימונים. אחרי חודשים אחדים בתל-יוסף וברמת הכובש, שוחרר יגאל ב-1943 מסיבות בריאות והחל ללמוד פיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים. לשם הגיע כעבור שנתיים גם חברו טוביה שלמד ביולוגיה; מאוחר יותר נהרג טוביה במלחמת העצמאות כלוחם במחלקת הל"ה. בחוג לפיסיקה פגש יגאל את אורי הבר-שיים ואת יצחק שמעוני, לימים מחלוצי הטלוויזיה הישראלית. שנה לאחר מכן הצטרפו אליהם מי שעתידים היו להימנות עם מקימי המחלקה לפיסיקה גרעינית במכון ויצמן למדע – עמוס דה-שליט, גבי (גבירול) גולדרינג וגדעון יקותיאלי. המרצה לפיסיקה שהרשים את החבורה היה פרופ' יואל רקח, שעלה מאיטליה עקב חוקי הגזע בארצו.

כשסיים את לימודיו וקיבל תואר שני בפיסיקה, הציע פרופ' רקח ליגאל להיות מתרגל שלו ולהמשיך לדוקטורט בנושא ספקטרוסקופיה אטומית. אך יגאל נשא עיניו למכון הטכנולוגי של ציריך (ETH) ולפרופ' וולפגנג פאולי, חתן פרס נובל, שלימד שם. כשהתחילו הקרבות בארץ ב-1947, דחה את נסיעתו כי הבין שמערכה ארוכה וקשה לפנינו.

במלחמה נלחם יגאל ברמת רחל ובנווה יעקב. רקח ואחרים הפצירו בו להצטרף לחיל המדע (חמ"ד). אהרן קציר אף ביקש מחברתו דאז, חנה – לימים רעייתו – להשפיע עליו בעניין, אך היא סירבה. לאחר זמן מה נאלץ יגאל לעבור "בפקודה" לבסיס חמ"ד ברחובות. בדרך לא דרך, מצויד ברימון, ירד בג'יפ בדרך בורמה. בשש בבוקר התדפק על דלתה של אחותו, תושבת רחובות, שהתרגשה מאוד לראותו.

בחמ"ד שירתו גם הבר-שיים, יקותיאלי, דה-שליט וגולדרינג. הקבוצה ניסתה לשמר אווירה אקדמית וערכה הרצאות וסמינרים. הם נוכחו לדעת עד כמה פיגרה הפיסיקה בארץ, בהשוואה לאירופה ולארצות-הברית, ושוחחו ביניהם על כך שיהיה עליהם לצאת לחו"ל ללימודים ולמחקר, ובבוא העת לחזור לישראל כדי להשריש כאן את מה שלמדו. הם דיברו על כך עם הממונים עליהם, קציר וארנסט ברגמן, ואלה אמרו שאולי המדינה תשלח אותם. בן-גוריון היה קשוב מאוד לענייני מדע, ובפרט לקציר וברגמן. על אף עונייה של המדינה הצעירה נשלחו דה-שליט, הבר-שיים, יקותיאלי, תלמי וישראל פלח לחו"ל. יגאל, שכבר היה נשוי לחנה (לבית קיבלביץ), הגשים את תוכניתו ונסע לשווייץ ללימודי דוקטורט אצל פרופ' פאולי.

המשפחה הגרעינית

בעבודת הדוקטור שלו בהנחיית פאולי פיתח יגאל שיטה המקלה מאוד חישובים במודל הקליפות של גרעיני האטומים (ראו תיבה בנושא מודל הקליפות). לאחר סיום הדוקטורט ב-1951, נשא עיניו לאמריקה ויצא לפרינסטון למחקר בתר-דוקטוריאלי במודל זה אצל פרופ' יוג'ין ויגנר. בזמן שהותו בארה"ב, ב-1954, פרש בן-גוריון מהממשלה. שר הביטחון לבון, לא היה מעונין במחקר מדעי, וקבוצת הפיסיקה שעבדה במשרד הביטחון, שאליה הצטרף העולה החדש מארה"ב צבי ליפקין, "נרכשה" על-ידי מכון ויצמן למדע. יגאל הצטרף למכון והיה בנבחרת שהקימה את המחלקה לפיסיקה גרעינית הראשונה בארץ.

לחוקרי הפיסיקה הצעירים, שהכירו את העולם האקדמי בחו"ל, היה חלק רב בעיצוב דמותו של המכון. הם ראו בסטודנטים שותפים למחקר ואִפשרו להם, כבר בשלב מוקדם מאוד, לעסוק בנושאים המעניינים אותם. הם היו אלה ששברו את השיטה האירופית של פרופסור העומד בראש המחלקה כאשר עוזריו ותלמידי מחקר עושים את דברו.

תלמי ודה-שליט המשיכו במחקריהם שהחלו בשווייץ ואחר כך בארה"ב. כמה מהתיאוריות ושיטות החישוב שפיתחו משמשות פיסיקאים עד ימינו. ב-1963 פרסמו עמוס ויגאל את הספר Nuclear Shell Theory, שזכה לתפוצה רבה ונחשב לספר יסוד בין פיסיקאי הגרעין בעולם. ספר נוסף שכתב יגאל בנושא – Simple Models of Complex Nuclei: The Shell Model and the Interacting Boson Model – יצא לאור ב-1993.

יגאל זכה לאורך השנים להערכה ולהוקרה בישראל ובעולם. הוא הוזמן כפרופסור אורח ל-MIT, לייל, לפרינסטון ולאוניברסיטאות מובילות נוספות בארצות שונות. הוא הוזמן להרצות בכנסים בינלאומיים רבים. עד לפרישתו בשנת 1995 היה פרופסור במכון ושימש במרוצת השנים גם יושב ראש ועדת הפרופסורים של המכון, ראש המחלקה לפיסיקה גרעינית ודיקן הפקולטה לפיסיקה. בנוסף היה חבר בוועדה הישראלית לאנרגיה אטומית ובוועדת המשנה למחקר. יגאל הוא חבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים משנת 1963 , לאורך השנים זכה בפרס ויצמן (1963), פרס ישראל למדעים מדויקים (1965), פרס רוטשילד (1971), פרס על-שם הנס בתה של האגודה האמריקאית לפיסיקה (2000) ופרס א.מ.ת (2003).

גם בבגרותו לא זנח את אהבתו לטבע ותחביבו כיום הוא צפרות. לתחביב זה הגיע בגיל מאוחר יחסית בעקבות טיולים רגליים עם בנו הבכור, אז התחוור לו כי עיסוק זה נפוץ למדי בקרב פיסיקאים. פרופ' מארי גל-מן, חתן פרס נובל לפיסיקה וצפר חובב, הגיע בשנות ה-50 לביקור בארץ עם רשימת ציפורים שרצה לראות; עמוס ויגאל ארגנו למענו טיול צפרות ובנוסף ערכו לו ביקור אצל בן-גוריון בשדה-בוקר.

אהרן קציר אף ביקש מחברתו דאז, חנה – לימים רעייתו – לשכנע אותו להצטרף לחיל המדע, אך היא סירבה. לאחר זמן מה נאלץ יגאל לעבור "בפקודה" לבסיס חמ"ד ברחובות

לחנה וליגאל שני ילדים – הבן פרופ' יואב תלמי, כיום סגן מנהל מחלקת אף אוזן גרון ומנהל השירות לניתוחי ראש וצוואר במרכז הרפואי שיבא, והבת פרופ' תמר דיין, זואולוגית מאוניברסיטת תל-אביב, מייסדת ומנהלת מוזיאון הטבע על-שם שטיינהרדט. לחנה ויגאל שבעה נכדים וחמישה נינים.

מודל הקליפות

בין הפרוטונים והניטרונים פועלים הכוחות הגרעיניים – חזקים וקצרי טווח – המייצבים את גרעיני האטומים. בגרעינים היציבים במיוחד יש "מספרי קסם" של פרוטונים ו/או ניטרונים, אשר מתאימים למספרים המרביים של פרוטונים או ניטרונים בקליפות מסוימות. מתברר שאפשר לקבל תיאור סביר של תנועותיהם המסובכות לפי תנועת חלקיקים הנגרמת מכוח מרכזי. במודל זה, הפרוטונים והניטרונים מסודרים במעין "קליפות" המזכירות קליפות בצל. מודל הקליפות בגרעין, אף שהופיע כהפתעה, עורר עניין רב אך גם התנגדות רבה. אחד הקשיים של המודל היה ערכם המספרי של מספרי הקסם, בעיקר אלה שנצפו בגרעינים כבדים. בעוד שהמספרים 2, 8, 20 התאימו לכוח מרכזי סביר, 50, 82 ו-126 התקבלו רק מכוחות שהיה קשה לקבל. רק בשנת 1949 התברר שהתנועות של הפרוטונים והניטרונים נקבעות גם על-ידי הכוחות שבין התנע הזוויתי לתנע הפנימי (ספין) של החלקיק. מאז ועד עתה מודל הקליפות הוא אבן פינה בחקר הגרעין.

התוצאה העיקרית של מודל הקליפות היא קיום מספרי קסם שנקבעים לפי הקליפות המלאות. לגרעינים מסוימים (שבהם מספרי הפרוטונים והניטרונים הם מספרי קסם), למצב המעורר הראשון יש אנרגיה גבוהה מעל מצב היסוד. זה נובע מהעובדה שלצורך עירור זה, פרוטון או ניטרון חייב לעלות מקליפה מלאה לקליפה ריקה, גבוהה יותר. אם יש כמה פרוטונים או ניטרונים מחוץ לקליפות מלאות, יש מצבים מעוררים נמוכים, שבהם חלקיקים אלה נצמדים למצבים האפשריים לפי תורת הקוונטים. אין להם אותה אנרגיה מכיוון שהאנרגיה בשדה המרכזי אינה יכולה לתאר בדיוק את כוחות הגרעין הפועלים בין כל שני חלקיקים.

יגאל תלמי רצה להגיע לחישובי אנרגיות גרעיניות שהן נכונות כמותית. יחד עם תלמידו לתואר שני, שמואל גולדשטיין, לימים מדען באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בדק את רמות האנרגיה של האיזוטופ אשלגן 40, שנראו להם פשוטות. כדי לבדוק את מה שקיבלו, הם חישבו את האנרגיות של המצבים הנמוכים של כלור 38. לא הייתה כמעט שום התאמה לתוצאות הניסיון. רק כעבור שנתיים, בשנת 1956, פורסמו תוצאות של ניסוי מדויק שהיו בהתאמה מצוינת עם החישובים. מאז יישמו פרופ' תלמי ושותפיו למחקר וכן מדענים רבים נוספים את השיטה (מיצוי הכוחות בין כל שני חלקיקים מתוך האנרגיות שנמדדו בגרעינים) גם בחישובים על גרעינים מסובכים יותר. בדרך זו התבררו תכונותיהם של הכוחות האפקטיביים והשפעותיהם על מבני הגרעינים השונים.