פניני מחקר

ראיין, צילם וכתב: לירן גולדשטיין

גם בימים טרופים אלה של חוסר וודאות כלכלית, מחלה מסתורית הנמצאת בדרכה לכבוש את העולם, ומחאה חברתית שסוחפת את הארץ - ד"ר מיכאל קרוגר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון לא נח לרגע וממשיך במחקר שלו.

ד"ר מיכאל קרוגר הוא איש סגל חדש בפקולטה לפיזיקה בטכניון. הראיון איתו מתקיים במשרדו החדש במכון למצב מוצק. “הבניין נבנה בשנות ה־70”, מסביר מיכאל, “ועכשיו משפצים אותו. אבל הוא בנוי טוב". הקירות של המשרד שקיבל לאחרונה עדיין עירומים, ומיכאל אומר שהוא חולק אותו כרגע עם אחד הטכנאים. “אנחנו עובדים בקפסולות בגלל הקורונה, אז פעם הוא פה ופעם אני". בכל זאת, יש קורונה איפה שהוא בחוץ. 

מיכאל לא מגדיר את עצמו כעולה חדש סטנדרטי- אין לו שורשים ישראלים או יהודים. למרות זאת, לפני שש שנים הוא בחר לעבור לישראל מגרמניה, אחרי שהשלים את הדוקטורט שלו באוניברסיטה על שם לודויג מקסימיליאן במינכן, גרמניה. "אני פה כי אני אוהב את המדינה. אחרי שסיימתי את התואר חיפשתי משרת פוסט־דוקטורט, ולא רציתי לעשות את מה שכולם עושים - הולכים למדינות דוברות אנגלית כמו ארצות הברית או אנגליה. הכרתי קצת את ישראל, יש לי פה חברים, וידעתי שתחום המדע חזק פה. סיבה נוספת היא שאני מגיע מרקע נוצרי, וישראל היא ארץ הקודש. מצאתי משרה במכון ויצמן, וברחובות גם הכרתי את מי שהפכה לאשתי. היא מוזיקאית, מורה לפסנתר, ואותה דווקא כן אפשר להגדיר כעולה חדשה".

מיכאל מגדיר את המעבר לישראל כחיים חדשים. "יש לי המון תחומי אחריות חדשים, כמרצה למשל. יש המון דברים חדשים שבעבר לא הייתי צריך לדאוג לגביהם, כמו לתת הרצאות ולהנחות סטודנטים - אלה דברים חדשים עבורי".

ספר קצת על ההבדלים בין העבודה בגרמניה לבין העבודה במוסדות הישראלים

"אני חושב שבאופן אישי אני מרגיש טוב בתוך התרבות הישראלית כי אני עצמי לא בדיוק הגרמני המצוי. אני מגיע מאזור בוואריה שנמצא בדרום גרמניה, וגם שם האופי יותר ‘חם’. כמובן שיש דברים שונים - במערכת האקדמית בגרמניה יש מבני היררכיה מאוד חזקים, ובישראל ההיררכיה יותר שטוחה. פה אפשר לדבר עם כל אחד, וגם הסטודנטים פה עצמאיים, לפעמים יותר מדי עצמאיים, ויש להם דעה על כל דבר. הייתי צריך ללמוד את תרבות הדיון פה - אי אפשר להסתמך רק על הניסיון שלך או התואר שלך או מה שעשית בעבר כדי שאנשים יקבלו את מה שאתה אומר. אתה צריך להסביר הכל ולערוך דיון על כל דבר בשביל לשכנע אנשים. לפעמים הדיונים האלה יכולים להיות מעייפים, אבל לפעמים יכולים לצאת מהם גם דברים נחמדים - לפעמים יעלו דברים שלא אני ולא הסטודנט חשבנו עליהם קודם. אני חושב שמבחינת חשיבה מקורית לישראל יש יתרון על גרמניה ומקומות אחרים, למרות שה’חוצפה’ לפעמים מקשה על הדיון".

מה היתרונות שאתה רואה בעבודה בטכניון לעומת מוסדות אחרים בישראל, גם עבור סטודנטים שחושבים ללמוד פה?

אני חושב שהטכניון חזק כי זו אוניברסיטה אמיתית. יש פה סטודנטים מכל הסוגים, והמון מחלקות ופקולטות שונות שמעולם לא נחשפתי אליהן לפני שהגעתי לפה, מאחר ובאוניברסיטה בה למדתי לא התקיימו לימודים טכניים או לימודי הנדסה. אפשר לתת כדוגמא את הפקולטה להנדסת חשמל של הטכניון - אולי בעבר הייתה לי נקודת מבט מעט שלילית על התחום, אבל היום כשאני מכיר אנשים מהפקולטה הזו אני מבין שיש לנו הרבה ללמוד אחד מהשני. כשיש לך סביבה אינטר־דיסציפלינרית, עם סטודנטים שמגיעים מכל מיני תחומים, אתה יכול ליצור שיתופי פעולה. לזכות הטכניון עומדת גם הרבגוניות המתבטאת בערבוב של חתכים שונים מהחברה הישראלית, אשר הטכניון מעודד. זה באמת מדהים לראות את כולם בקמפוס אחד, עם מטרה משותפת ללמוד ולחקור. זו נקודה חזקה מאוד של הטכניון ואחת הסיבות שהגעתי לפה. נקודה נוספת היא המיקום - אני חושב שחיפה היא מקום נהדר, מזג האוויר נעים גם בקיץ".

איך בעצם הגעת לתחום הפיזיקה? זה נושא שעניין אותך עוד בתור ילד?

"לא כיוונתי ללימודי פיזיקה. היו לי רעיונות אחרים על החיים, אבל אחרי שסיימתי בית ספר החלטתי ללכת ללמוד פיזיקה כי היה לי חלום לגלות משהו שעוד לא התגלה, להמציא משהו שעוד לא הומצא. הדחף הזה תמיד היה נוכח בחיים שלי".

אז למה בחרת דווקא בתחום הפיזיקה? הרי אפשר לגלות דברים חדשים כמעט בכל תחום

"כי השאלות מה מחזיק את העולם יחד בבסיס שלו, מה החוקים והמציאויות הנסתרות שמניעות את העולם - הן היו נוכחות. חלקיקים, חומר, אור - תמיד הייתי מרותק מאור, לא רק מההיבט המדעי שלו, אלא גם מהסודות שלו. מאוד קשה להבין שאור יכול להיות חלקיק ובאותה נשימה גם להיות גל. אנחנו מדברים על הדואליות הזו, אבל אף אחד לא יכול באמת להסביר מה זה אומר. אין לנו באמת מילים לתאר את ההוויה הזו, ולכן אנחנו נאלצים להשתמש בשתי מילים בשביל לתאר אור - חלקיק וגל. תעלומות וחידות כאלה, אלו הדברים שמעניינים אותי".

תסביר לנו קצת על המחקר שלך

"במחקר שלי אני רוצה לבחון תחום שלא נחקר דיו - תחום דינמיקת האלקטרונים בזמנים קצרים של אטו־שניה (attosecond). מדובר על דינמיקה של אלקטרונים בחומר, למשל אטום, מולקולה, גביש או ננו־מבנה. כלומר, מבנים מאוד קטנים. יש אלקטרונים שנעים בתוך החומרים האלה, והם מתקשרים אחד עם השני במרווחי זמן כמעט דמיוניים, שאלה האטו־שניות. אטו־שניה זו שניה מחולקת לעשר בחזקת שמונה עשרה, זהו זמן כה קצר, שהיחס בינו לבין שניה קרוב ליחס בין שניה לגיל היקום, כ - 13.7 מיליארד שנים. זו גם המהירות בה האלקטרונים מתקשרים עם אור, כשהם נחשפים אליו. אלקטרונים הם החלקיקים היסודיים הקלים ביותר שאנו מכירים הנושאים מטען חשמלי שלילי והם מתקשרים עם הסביבה בעזרת גלים אלקרומגנטיים".

מיכאל ממשיך ומסביר שיש שאלות רבות שנותרו פתוחות בנוגע למשכי הזמן הכה קצרים האלה, האטו־שניות. "אחת השאלות שאנו יכולים לשאול את עצמנו היא האם אנחנו יכולים למצוא בזמנים הללו תנאים חדשים של פיזיקה, אולי בדרך שמעולם לא נצפתה קודם לכן. לדוגמא, כאשר אתה מוציא אלקטרון מתוך החומר ומעלה אותו למצב אנרגטי גבוה יותר, אתה משאיר חור במקום בו היה האלקטרון. למעשה, האלקטרונים שנותרו מאחור נמצאים במצב שיוצר את החור הזה. את הפיזיקה הזו אנחנו מכירים, אבל אנחנו לא יודעים עד כמה מהר האלקטרונים מסתדרים מחדש על מנת ליצור את החור. קשה מאוד לכמת את המהירות הזו בניסוי, ותאורטיקנים שעובדים איתנו מנסים לחשב את זה, אבל מה באמת קורה עם החור בזמן של אטו־שניה, את זה אנחנו עדיין לא יודעים. תיאורטית אנחנו יודעים שהחור קיים, אבל אנחנו לא יודעים איך הוא נוצר ומה קורה לו ברגעים הראשונים לאחר שהוא נוצר. יש המון מסתורין שאופף את התחום הזה, והמטרה של המחקר שלי היא לצפות בתופעות האלה בזמן ובמרחב שהן קורות בהם".

מה המטרה הסופית של המחקר שלך, חוץ מלנסות להבין את החור?

"זהו מחקר בסיסי הנועד להעשיר את הידע שלנו בנוגע למה שקורה במשכי הזמן של אטו־שניה. אנחנו יוצרים את החור בעזרת שימוש באור, ומקווים שעל ידי מניפולציה של התכונות של האור נוכל לשלוט על מה שקורה לאלקטרונים. המונח המתאים לזה נקרא ‘שליטה קוהרנטית’, כי התכונות של האור בו השתמשנו מועברות לאלקטרונים הנמצאים בחומר. השיטה הזו יכולה למשל להוביל לכך שנוכל לשלוט בתגובות כימיות של מולקולות בעזרת אור לייזר"

לאילו שימושים בחיי היום יום המחקר שלך יכול לעזור?

"זו שאלה קשה. ‘שליטה קוהרנטית’ היא נכון לעכשיו לשימוש מדעי. אני מאמין שבעתיד נוכל להשתמש בגלי אור בשביל לשלוט בזרמים חשמליים. למשל, המחשב האישי או הטלפון החכם שיש לכל אחד היום יכולים לבצע כמיליארד פעולות בשנייה בתדר גיגה הרץ. אם נוכל ליצור מפסקים חשמליים המופעלים על ידי גלי אור ייתכן ונצליח להמציא אמצעי חדש ליצירת מכשירים חשמליים. הזרמים החשמליים ידלקו ויכבו בעזרת גלי אור, ובמהירות של אטו־שניות, או בתדר של מה שנקרא פטה הרץ (פי מיליון מגיגה הרץ). יש עדיין דרך ארוכה עד שנוכל ליישם את זה בפועל, אם בכלל, אבל זו נקודת מבט מעניינת של העבודה שלנו פה.  בנה סוג חדש של מיקרוסקופ, דבר שעוד לא ניסו לעשות קודם לכן. המיקרוסקופ הזה יוכל לעשות ‘זום’ לרמת האטום, ומצד שני הוא יוכל גם ‘לראות’ אלקטרונים ברמת האטו־שניה. זה יהיה מיקרוסקופ עם סריקה אולטרה מהירה, וזו מכונה שתהיה ייחודית בעולם. כיום יש מיקרוסקופים שיכולים ‘לראות’ אלקטרונים בזמן או במרחב, אבל לא את שניהם יחד באותו הזמן - זה יהיה החידוש במיקרוסקופ שלנו".

יש עוד מחקרים מקבילים לזה שלך בעולם?

"כן, אנחנו חלק מתחום מחקר שלם שבודק את השאלות האלה. בימים אלה אנחנו מנסים ליצור שיתופי פעולה, אבל יותר מהבחינה היישומית של המחקר מאשר המחקר עצמו, שאותו אנחנו מובילים".

עבור המחקר שלו קיבל מיכאל מעבדה חדשה לגמרי שנמצאת בימים אלה בתהליכי בניה.
"המעבדה החדשה צפויה להיות מוכנה בעוד כחצי שנה, ובינתיים התחלנו לעבוד במעבדה זמנית ולבצע מחקר בעזרת לייזר, ובסיוע של סטודנטים. בנוגע לכספים יש לנו מימון טוב מאוד - האיחוד האירופי למשל החליט לתת מענק עבור חקר הרעיונות שהסברתי. מעבר לטכניון, גם הקרן הלאומית למדע (ישראל) הסכימה לממן את המחקר, כך שאנחנו במקום טוב בשביל להוציא לפועל את כל הרעיונות האלה עם קבוצת המחקר שלי".

איזה סוג של אנשים אתה מחפש לקבוצת המחקר שלך?

"הכי חשוב לי שאנשים יהיו סקרנים, עם ראש פתוח ונכונות להיכנס למשהו שעוד לא נוסה קודם לכן. לא משנה לי אם הם עבדו בתחומים אחרים לפני כן. מה שאנחנו עושים הוא ייחודי ומשלב מספר תחומים, אז התוצר מאתגר, מעניין ומרגש. אין לי דרישה ספציפית עבור האנשים שאני מחפש, אבל בגלל שמדובר בניסויים חשוב שיהיו להם ידיים טובות עבור האופטיקה והננו־טכנולוגיה".

אנחנו עולים קומה ומגיעים לחדר גדול שבעוד כחצי שנה ישמש כמעבדה החדשה של מיכאל. הטכנאים והשיפוצניקים עובדים מעבר לקיר, קודחים ומעבירים כבלים מפה לשם. הקירות הם עדיין בטון חשוף, ונותר רק לדמיין את מה שיהיה בחדר הזה בעוד כשישה חודשים. "בגלל הציוד הרגיש נצטרך מיזוג אוויר חזק מאוד על מנת לקרר את המקום, ולכן בניית המעבדה תיקח זמן", מסביר מיכאל. "הבניין והמעבדה המקורית נבנו בשנות ה־70, לפי כל הסטנדרטים של אותה תקופה, לכן היו צריכים להוציא את כל המערכות ולהתחיל מחדש".

התחנה הבאה היא המעבדה אותה חולק בינתיים מיכאל עם ד"ר עידו קמינר. אנחנו נכנסים אליה, אבל לא לפני שמיכאל בודק עם צוות הסטודנטים שלו האם הלייזר מאובטח. "הלייזר שלנו לא באמת מסוכן, אבל צריך לוודא שהוא מאובטח" מסביר מיכאל לפני שהוא מסמן שאפשר להיכנס דרך הדלת הכפולה אל תוך המעבדה. "זו מעבדה אופטית קטנה, ויש לנו את השולחן המיוחד הזה שאפשר בעצם לשחק עליו כמו לגו". מיכאל מראה את שולחן המעבדה המלא בחורי הברגה, ואת החלקים הקטנים שאפשר להזיז ולקבע על פני כל נקודה בשולחן לפי הצורך. "יש חלקים של מראות, עדשות, וחלקים אופטיים אחרים, והלייזר יכול לרוץ דרכם".המראה מאוד מרשים ונראה כאילו נלקח מסרט מדע בדיוני. "כרגע אנחנו מאפיינים את הלייזר, שפולט פולסים באורך של כ - 6000 אטו־שניות, והם טובים על מנת לעצב את צורת הגל. האפיון שאנחנו עושים יכול לאפשר לנו לשלוח נתונים לניסויים מאוחר יותר, כמו לשם יצירת המיקרוסקופ האולטרה מהיר. אנחנו מעצבים גם תאי־ריק (vacuum chambers) עבור המיקרוסקופ ואלמנטים נוספים, ואנחנו מקווים שבעוד כמה חודשים נוכל להתחיל לעשות ניסויים על חומר".

רק כשאנחנו יוצאים מהמעבדה אפשר להבין כמה קר בפנים. הקור חשוב בשביל לשמור על טמפרטורה נמוכה של המכשירים, על מנת שלא יפגעו לאורך זמן, וכנראה שגם צוות המעבדה של מיכאל לא כל כך סובל ממנו - בכל זאת, שיא הקיץ הישראלי בחוץ.