המדען הגדול
של החלקיקים הקטנים

בעולם שבו החל לגווע הסדר הישן, בניו יורק שבה יהודים היו מוכרי פרעצל ועיתונים, נולד ב-15 ביולי 1922 לאון מקס לדרמן (Lederman). כבנם של מהגרים מרוסיה, שחיפשו כמו רבים אחרים את פרנסתם ועתידם באמריקה, גדל לאון הצעיר בבית ששם דגש רב על חינוך והשכלה. כבר כנער הוא קיבל השראה רבה מגל החוקרים היהודים הבולטים שנאלצו לעקור מאירופה עקב עליית המשטר הנאצי בגרמניה, והתקבלו בהערכה רבה בארץ האפשרויות הבלתי מוגבלות.

וכך, עם סיום התיכון הלך לדרמן ללמוד כימיה בסיטי קולג' של ניו יורק. בגיל 21 הוא השלים את התואר הראשון וקצת לאחר מכן התגייס לצבא ארצות הברית, שהצטרפה אז לבעלות הברית במלחמת העולם השנייה בעקבות התקפת הפתע היפנית על פרל הרבור. בתום כשלוש שנות שירות הוא השתחרר מהצבא וחידש את לימודיו. הפעם בחר להתמקד דווקא בפיזיקה – שינוי תחומים שכרוך בהשלמות ידע לא מעטות. הוא התקבל למסלול לדוקטורט באוניברסיטת קולומביה וסיים אותו בשנת 1951.

לאון הצעיר גדל בבית ששם דגש רב על חינוך והשכלה. לאון לדרמן | ויקיפדיה, Bomazi

צניעות ויצירתיות

כחוקר בלט לדרמן במוחו החריף, לצד צניעות מקצועית ואדיבות. עדות לכך אפשר היה למצוא כבר בראשית הקריירה המדעית שלו. במהלך שנות ה-50 חקרו הוא ועמיתיו את הסימטריה של הכוח הגרעיני החלש – אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע, שבא לידי ביטוי בין השאר בהתפרקות רדיואקטיבית מסוג בטא, שהיא פליטה של אלקטרון או פוזיטרון. הוא ידע שקבוצתה של הפיזיקאית הסינית-אמריקאית טשין-שיונג וו (Wu) עומדת לפרסם את ממצאיה באותו נושא בדיוק, ולכן המתין בסבלנות עד שהמחקר המקביל יסתיים, ורק אז נאות לשלוח את המאמר שלו לפרסום. בסופו של דבר שני המאמרים פורסמו באותו כתב עת, זה לצד זה.

פיזיקת חלקיקים היא תחום ייחודי ואף חריג במקצת במדע. בדרך כלל בעשייה המדעית התיאוריה מקדימה את הניסיון במעבדה: ראשית התיאורטיקאים מעלים רעיונות, ואחריהם מגיעים חוקרים ובודקים אם התיאוריה עומדת במבחן המציאות. אך בתחום הזה קורה לא פעם שמדידה במאיץ חלקיקים מגלה ממצא בלתי צפוי, וצץ הצורך למצוא תיאוריה חדשה או לשפר תיאוריה קיימת כך שתסביר את הממצאים. לדרמן, שהיה תלמידו של הפיזיקאי זוכה פרס נובל איזידור רבי (Rabi), התהלך לאורך הקריירה שלו בשטחים הלא נודעים הללו, של חלקיקים שמחכים להתגלות ולהעשיר את הבנתנו בכוחות המפעילים את העולם.

שנות המלחמה הפיחו רוח במפרשיה של הפיזיקה הגרעינית, בין השאר בעקבות ההתקדמות המדעית שהושגה בפרויקט מנהטן לפיתוח פצצת האטום. לאחר סיומה החלה תנופת מחקר בפיזיקת חלקיקים. עבודותיהם של ריצ'רד פיינמן (Feynman), הנס בתה (Bethe), שינאיצ'ירו טומונגה (Tomonaga), ג'וליאן שווינגר (Schwinger) ופרימן דייסון (Dyson) הניבו את תיאוריית האלקטרודינמיקה הקוונטית, שנועדה להסביר בצורה קוונטית מלאה את הכוח האלקטרומגנטי, הוא הכוח שגם מניע את המכשירים החשמליים שלנו. בהמשך גיבשו חוקרים תורות שדה נוספות במטרה להסביר כוחות יסודיים חשובים אך הרבה פחות מוכרים שפועלים בין חלקיקים ובתוך גרעין האטום: הכוח החזק והכוח החלש.

חוקרים גיבשו תורות שדה במטרה להסביר בצורה קוונטית שלושה מארבעת הכוחות היסודיים בטבע. משמאל למעלה ובכיוון השעון: הכבידה - שלה עדיין אין הסבר קוונטי - הכוח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש | Mark Garlick , Science Photo Library

חלקיק חמקמק

בתקופה הזאת הלכו והצטברו תובנות על חשיבותה של הסימטריה בטבע, ואיתן ההבנה כי כוחות היסוד נישאים על ידי חלקיקים. מכאן התעורר הצורך לבסס מודל כללי וסדור שיעשה סדר בפיזיקת החלקיקים, או מעין טבלה מחזורית של חלקיקים. כך התגבש מה שכונה לימים "המודל הסטנדרטי". אחת ממשפחות החלקיקים בטבלה הזאת היא הנייטרינו – חלקיקים יסודיים חסרי מטען, קלים פי מיליון מאלקטרון ולכן חמקמקים למדי.

בשנת 1962 ביצע לדרמן עם עמיתיו ג'ק שטיינברגר (Steinberger) ומלווין שוורץ (Schwartz), יהודים אף הם, ניסוי שנחשב בסיסי למדי. הם ירו אלומה של פרוטונים, חלקיקים כבדים יותר שנמצאים בגרעין האטום, על מטרה כבדה – דופן פלדה של ספינת קרב שיצאה משימוש. עקב ההתנגשות נפלטו חלקיקים רבים ומגוונים. ביניהם היה חלקיק לא מוכר שהם זיהו כנייטרינו מיואוני – חלקיק קל ביותר וחסר מטען, שמקיים אינטראקציה אך ורק עם הכוח החלש, ועל כן ההסתברות לזהות אותו בניסוי היא נמוכה.

זה היה למעשה "הדור השני" של חלקיקי נייטרינו. שנים ספורות לפני כן התגלה בניסוי אחר הנייטרינו האלקטרוני, חלקיק המהווה מעין תוצר לוואי בהתפרקויות בטא. הייתה זו התגלית המשמעותית הראשונה של לדרמן, וכנראה גם החשובה ביותר בהתחשב בחמקמקות החלקיק. על כך הוענק לו ולחבריו פרס נובל לפיזיקה בשנת 1988.

התעורר צורך לבסס מעין טבלה מחזורית של חלקיקים. אילוסטרציה של המודל הסטנדרטי | Laguna Design , Science Photo Library

וחמקמק עוד יותר

עוד אחת מקבוצות אבני הבניין של המודל הסטנדרטי היא הקווארקים. קווארקים הם חלקיקים בעלי מטען חשמלי חלקי, למשל שליש או מינוס שליש, שמרכיבים בשילובים אלה ואחרים בין השאר את הפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום. אחד מהתורמים לגיבוש התורה העומדת ביסודם היה הפיזיקאי הישראלי יובל נאמן, שהתמנה בהמשך לנשיא אוניברסיטת תל אביב ולשר המדע של ישראל. בתחילה נחזו ארבעה "טעמים" של קווארקים, שקיבלו שמות מצחיקים למדי: "מוזר", "קסום", "למעלה" ו"למטה". בשנות ה-70 נוספו למודל שני טעמים נוספים שנקראו "עליון" ו"תחתון". בין התורמים לתוספת הזאת עמד בן דודו של נאמן, הפיזיקאי חיים הררי, לימים נשיא מכון ויצמן למדע ומייסד מכון דוידסון.

באותה עת עבד לדרמן במעבדות פרמילאב באילינוי, השייכות למחלקת האנרגיה של ממשלת ארצות הברית, ופעל במרץ להקים שם מאיץ חלקיקים רב עוצמה. שנתיים אחרי הפרסום של הררי הגיעה תגליתו המשמעותית השנייה של לדרמן – זיהוי ודאי של קווארק תחתון. הוא וקבוצתו ערכו ניסוי התנגשות דומה מאוד לניסוי הקודם שהקנה לו תהילה. אבל הפעם סיכויי ההצלחה היו נמוכים הרבה יותר, שכן סוג ההתנגשות הספציפי שהם חיפשו קורה רק אחת למאה טריליון התנגשויות, שמתרחשות בין אלומה של חלקיקים יסודיים שנקראים מיואונים לבין מטרה נייחת וגדולה.

בשנים הבאות מונה לדרמן למנהל פרמילאב, והיה אמון על הקמת מאיץ החלקיקים שנועד להיות הגדול ביותר לתקופתו: ה-Superconducting Super Collider. אך בעיצומן של עבודות ההקמה הוחלט על ביטול הפרויקט, והבכורה עברה למאיץ CERN שנבנה אז בשווייץ.

הקווארקים מרכיבים בין השאר את הפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום. אילוסטרציה של פרוטון, שמורכב משלושה קווארקים | Spencer Sutton, Science Photo Library

מדע להמונים

לאחר צאתו לגמלאות מפרמילאב התמנה לדרמן לפרופסור באוניברסיטת שיקגו. בשנת 1993 הוא פרסם עם עמיתו דיק טרסי (Teresi) את ספר המדע הפופולרי החלקיק האלוהי: אם היקום הוא התשובה, אז מהי השאלה?. הספר עסק בחלקיק עלום ומסתורי המשמש מקור למסה ביקום, ושאת קיומו חזו כמה עשורים קודם לכן הפיזיקאי הבריטי פיטר היגס (Higgs) ועמיתו הצרפתי פרנסואה אנגלר (Englert). הספר קיבע בתודעה הציבורית את מעמדו של בוזון היגס ואת כינויו האלוהי, כעשרים שנה לפני שהחלקיק נצפה בפועל בניסוי ב-CERN.

פרופ' עילם גרוס מהמחלקה לפיזיקת חלקיקים ואסטרופיזיקה במכון ויצמן למדע, עמד בראש הצוות שגילה את בוזון היגס בשנת 2012. בשיחה עם מכון דוידסון הוא מציין, "צחוק הגורל הוא שלמרות תרומתו הלא-ניתנת לערעור של לדרמן לגילוי הנייטרינו המיואוני, שעליה הוא זכה בפרס נובל, בסופו של דבר הוא ייזכר בציבור כמי שנתן לבוזון היגס את השם החלקיק האלוהי".

לדברי גרוס, לא לגמרי ברור איך השם הזה נולד. "שנים אחרי פרסום הספר", הוא מציין, "לדרמן סיפר שרצה לקרוא לספר 'החלקיק הארור הזה' (The Goddamn Particle), אבל המוציא לאור אמר לו שהשם הזה לא ימכור עותקים והציע במקום זאת את 'The God Particle'. האמת היא שיש הצדקה פואטית לקרוא כך לחלקיק, שכן הוא נותן לחלקיקים בטבע את המסה – ובלעדיו לא היינו קיימים".

"בסופו של דבר הוא ייזכר בציבור כמי שנתן לבוזון היגס את השם החלקיק האלוהי". כריכת הספר "החלקיק האלוהי" של לדרמן וטרסי | ויקיפדיה, Gobonobo

לדרמן היה פעיל מאוד בהנגשת מדע. הוא תמך בשיטת "פיזיקה תחילה" שמטרתה להעניק עדיפות ללימודי הפיזיקה בבתי הספר על פני מקצועות אחרים, היה מעורב בחינוך מדעי של ילדים מחוננים ופעיל בעמותות לקידום המדע. על המוטיבציה שלו לעסוק בהוראה ובחינוך מעיד מאמר שפרסם ב-2001, ונפתח כך: "נוסע בזמן שיגיע משנת 1899 יידהם לגלות את הטכנולוגיה המתקדמת שבידינו – מכוניות ומטוסים, גורדי שחקים, טלוויזיה, רדיו, מחשבים ויכולות תקשורת. כנראה גם המדע שלנו, מאסטרונומיה ועד זואולוגיה, יהמם אותו לחלוטין. המקום היחיד שבו האורח הזה ירגיש בבית יהיה במרבית בתי הספר התיכוניים שלנו".

בשנת 2011 החל מצבו הבריאותי של לדרמן להידרדר והוא לקה בדמנציה. עלות הטיפולים הגבוהה אילצה אותו למכור את מדליית הנובל שלו תמורת 765 אלף דולר. הוא הלך לעולמו מסיבוכי המחלה, בגיל המופלג 96, כשהוא מוקף בבני משפחתו ונתמך בידי רעייתו השנייה אלן.