מאנה סיגבאן

קארל מאנה גאורג סיגבאן (בשוודית: Karl Manne Georg Siegbahn)‏ (3 בדצמבר 1886 – 26 בספטמבר 1978) היה פיזיקאי שוודי שזכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1924 על גילוייו ומחקריו בתחום ספקטרוסקופיית קרני רנטגן. הטכנולוגיה והציוד שפיתח בתחום שיפרו משמעותית את הדיוק בהבחנה בין אורכי גל של קרני רנטגן הנפלטות מאטומים שונים. השיפור הוביל לגילויים חדשים על אופי הקרניים, וכן לידע חדש בחקר מבנה האטום, במיוחד בהקשר של מדידת רמות אנרגיה אטומיות והבנת מבנה קליפות האלקטרונים. סיגבאן נולד בעיר ארברו (Örebro) בשוודיה. אביו עבד במנהל הרכבות השוודי, ולאחר שפרש עברה המשפחה לעיר לונד (Lund). ב-1906, לאחר שירות חובה צבאי קצר, החל סיגבאן ללמוד באוניברסיטת לונד, בה קיבל תואר דוקטור ב-1911. נושא התזה שלו היה "מדידות שדה מגנטי" (בגרמנית: "Magnetische Feldmessungen"). במהלך לימודיו עבד כעוזר לפרופסור יוהאן רידברג במכון לפיזיקה של האוניברסיטה, וכן עשה חלק מלימודיו באוניברסיטאות גטינגן ומינכן. לאחר שסיים את לימודיו השלים מספר קורסים בפריז ובברלין. ב-1915 מונה סיגבאן למרצה באוניברסיטת לונד, ולאחר מותו של רידברג ב-1920 מונה לתפקיד ראש המחלקה. ב-1923 עבר לכהן באותו תפקיד באוניברסיטת אופסלה. במחקריו המוקדמים (בשנים 1908–1912) עסק במגנטיות ובחשמל. לאחר מכן, ועד 1937, התמקדה עבודתו בספקטרוסקופיית קרני רנטגן. הוא פיתח שיטות חדשות ותכנן מכשירי מדידה שסייעו למטרה זו. בזכות השיפורים שהכניס בשפופורות הרנטגן, ניתן היה להגדיל משמעותית את עוצמת הקרינה. כמו כן יצר סיגבאן ספקטרוסקופים חדשים ששיפרו את דיוק מדידותיו. בכך הוא פתח דרך לגילויים חדשים בתחום. החל מ-1937 כיהן סיגבאן כפרופסור-חוקר לפיזיקה ניסויית באקדמיה השוודית המלכותית למדעים בסטוקהולם, וכאשר הוקם באותה שנה המכון לפיזיקה במוסד פרס נובל, הנמצא תחת חסות האקדמיה, היה סיגבאן ליושב ראש הראשון שלו. תחת ניהולו של סיגבאן הופנתה פעילות המחקר במוסד האקדמי לכיוון הפיזיקה הגרעינית. לצורך כך נבנה ב-1939 ציקלוטרון המסוגל להאיץ חלקיקי דאוטריום עד לאנרגיה של 6 MeV, ומאוחר יותר אף הוחלף בציקלוטרון שהגיע לאנרגיות של 30 MeV, הישגים אליהם הגיע באותו זמן רק ארנסט לורנס, ממציא הציקלוטרון. כמו כן נבנו מתקנים חדשניים למדידת קרינה של איזוטופים רדיואקטיביים, ספקטרוסקופים למדידת קרינת בטא ומיקרוסקופ אלקטרוני. בעזרת משאבים טכניים אלו, ובעזרת השיטות שפותחו, הושגו במוסד הישגים חשובים בחקר הקרינה הנפלטת מגרעינים רדיואקטיביים, ובחקר התכונות המגנטיות של גרעין האטום. סיגבאן החזיק בתפקיד זה עד שפרש ב-1964. סיגבאן הרבה לבקר במרכזים מדעיים חשובים באירופה (בין השנים 1908–1922) ולאחר מכן גם בקנדה ובארצות הברית (בשנים 1924–1925). בשנים 1934–1947 כיהן כנשיא ארגון IUPAP ‏(International Union of Pure and Applied Physics). בנוסף לפרס נובל, בו זכה ב-1924, זכה סיגבאן בפרסים נוספים, ביניהם מדליית יוז (Hughes) ב-1934 ומדליית רמפורד (Rumford) ב-1940, שתיהן מטעם החברה המלכותית. סיגבאן נישא ב-1914 לקרין הוגבום, ולזוג נולדו שני בנים: בו סיגבאן (נולד ב-1915), שהיה דיפלומט ושגריר שוודיה לשעבר במרוקו, וקאי סיגבאן (נולד ב-1918), שהחזיק באותה משרה כאביו באוניברסיטת אופסלה, וזכה אף הוא בפרס נובל לפיזיקה ב-1981, שלוש שנים לאחר מות אביו. את התכונות היסודיות של קרני הרנטגן חקר הפיזיקאי האנגלי צ'ארלס גלובר ברקלה בעשור הראשון של המאה ה-20. בארקלה גילה כי קרני רנטגן הנפלטות מיסודות מסוימים נחלקות לשני סוגים, וסימן סדרות אלו באותיות K ו-L, בהתאמה למשקל האטומי של היסוד. אולם, הציוד של בארקלה היה פרימיטיבי ולא מדויק דיו כדי לאפיין במדויק את אורכי הגל או את הספקטרום שלהן. ב-1912 פיתח הפיזיקאי הגרמני מקס פון לאואה שיטה מבוססת גבישים לגילוי הקווים הספקטרליים של קרני הרנטגן (הוא אף זכה בפרס נובל על גילויו זה ב-1914). ויליאם הנרי בראג וויליאם לורנס בראג (אב ובנו) שיפרו את השיטה, ואף הם זכו בפרס נובל, שנה לאחר מכן. ב-1914 החל סיגבאן במחקרו בתחום, ושיפר את ציוד המדידה באופן משמעותי. כל שיפור שהכניס בציוד הוביל מיד לגילויים חדשים – הוא יכול היה לקבוע בדיוק רב יותר את מאפייני סדרות הקווים K ו-L שמצא בארקלה לפניו. כמו כן, הוא גילה שתי סדרות נוספות, אותן סימן באותיות העוקבות הבאות, M ו-N. גילוי נוסף של סיגבאן התייחס לקווים מסדרת K שגילה הנרי מוזלי; הוא מצא שהקווים של מוזלי היו למעשה דובלטים, כלומר כל אחד מהם היה צמד קווים, והרחיב את גילויו של מוזלי, שמצא רק 5 קווים, ל-28 קווים נפרדים. גילויים אלו היו חשובים במיוחד בשל הידע שסיפקו אודות מבנה האטום. קווים ספקטרליים הם תוצאה של מעבר אלקטרונים מרמת אנרגיה אחת לשנייה בתוך האטום; נילס בוהר הציע ב-1913 הסבר לפיו האלקטרונים מוגבלים למספר מסוים של מסלולים ורמות אנרגיה סביב גרעין האטום, אך עם הרחבת המודל בהתאם לעבודתו של ארנולד זומרפלד, הוספת ההשפעות המגנטיות בתוך האטום והשפעת הספין של האלקטרונים, התמונה נעשתה מורכבת ביותר, שכן מספר מעברי האלקטרונים האפשריים וסוגיהם הפך לגדול ביותר. האנליזה של סיגבאן בספקטרום קרני הרנטגן סיפקה כלים יקרי ערך לניתוח שלהם. כמו כן מצא סיגבאן כי קרני רנטגן נשברות במעבר דרך מנסרה, בדומה לאור (אם כי האפקט חלש יותר בשל בליעה גדולה יותר של הקרניים). בזכות תגליותיו אלו ובזכות השיפור הניכר שהכניס לטכנולוגיית הספקטרוסקופיה, זכה בפרס נובל ב-1924. את תגליותיו בנושא זה סיכם בספר "ספקטרוסקופיית קרני רנטגן" (בגרמנית: "Spektroskopie der Röntgenstrahlen"). בסימון סיגבאן (Siegbahn notation) נעשה שימוש בספקטרוסקופיית קרני רנטגן כדי לציין את קווי הספקטרום האופייניים ליסודות. בטבלה: ההתאמה בין שמות חלק מהקווים לרמות האנרגיה של האלקטרונים. כאמור, בסימון סיגבאן נעשה שימוש נרחב בספקטרוסקופיה, אך המלצות ה-IUPAC ‏(International Union of Pure and Applied Chemistry) הן לסימון אחר. להלן טבלת חלק מהמעברים: מדיה וקבצים בנושא מאנה סיגבאן בוויקישיתוף מאנה סיגבאן, באתר פרס נובל (באנגלית) ביוגרפיה מתוך World of Physics מאנה סיגבאן, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) מאנה סיגבאן, באתר "Find a Grave" (באנגלית)