سفر به تاریخ علم؛ داستان کشف «مولکول‌های توپی»؛ ۴۰ سال قبل

در طول یک دوره ۱۰ روزه پرهیجان در سال ۱۹۸۵، دانشمندان مولکولی با تقارن کامل طراحی کردند و آن را به افتخار یکی از مشهورترین مخترعان و آینده‌نگران قرن بیستم نامگذاری کردند.  جستجو از دهه ۱۹۷۰ آغاز شد، زمانی که هَری کروتو، شیمی‌دان آزمایشگاهی دانشگاه ساسکس بریتانیا، در حال بررسی کشف محلول اولیه‌ای از مولکول‌های آلی شناور در ابرهای تاریک و وسیع میان ستارگان بود. 

لحظه «یافتم» برای کروتو زمانی بود که به آزمایشگاه‌های دانشگاه رایس رفت و با شیمی‌دانان، رابرت کِرل و ریچارد اسمالی دیدار کرد. اسمالی دستگاه ویژه‌ای داشت که در آن، پرتو لیزر اتم‌ها را از سطح یک دیسک فلزی تبخیر می‌کرد، سپس آن‌ها را در یک ابر هلیوم و خلا خنک می‌کرد و با لیزر دیگری ترکیب شیمیایی آن‌ها را تحلیل می‌کرد. 

کروتو فکر کرد که شاید بتوانند با جایگزین کردن دیسک فلزی با گرافیت که شکلی از کربن است، پوسته‌های بیرونی غول‌های سرخ سرد را شبیه‌سازی کنند.  در طول ۱۰ روز اول سپتامبر، این تیم به همراه دانشجویان تحصیلات تکمیلی، شان اوبراین و جیم هیث، زنجیره‌های شش تا هشت کربنی تولید کردند که نظریه غول سرخ را تأیید می‌کرد.  اما «میهمانان ناخوانده‌ای» هم وجود داشتند: اشکال عجیبی از کربن شامل ۶۰ اتم کربن و غلظت کمتری از محصول جانبی بزرگ‌تر شامل ۷۰ اتم کربن.  کروتو این‌ها را «میهمانان ناخوانده» نامید. در واقع این ترکیبات حدود یک سال قبل در آزمایشگاه تحقیقاتی اِکسون در نیوجرسی کشف شده بودند، اما کسی توجه زیادی به آن‌ها نکرده بود. 

پس از روزها کار، در ۹ سپتامبر، تیم به نتیجه‌گیری درباره ساختار این ترکیبات رسید. کروتو گفت: «C۶۰به‌راستی غیرواکنش‌پذیر بود، رفتاری که با یک ورق مسطح گرافن (نخستین تصور واضح) قابل توضیح نبود.»  از دید نظری، یک ورق مسطح گرافن دارای شمار زیادی پیوند آزاد بود که آن را بسیار واکنش‌پذیر می‌کرد.  دانشمندان روزها با خلال دندان و آب‌نبات، برش‌های کاغذی شش‌ضلعی و پنج‌ضلعی و دیگر روش‌های مدل‌سازی ساده، تلاش کردند ساختار این مولکول ۶۰ کربنی را حل کنند. 

کروتو به یاد نمایشگاه ۱۹۶۷ مونترال افتاد، جایی که «باک‌مینستر فولر»، آینده‌نگر و مخترع قرن بیستم، یک گنبد ژئودزیک را به نمایش گذاشته بود؛ ساختاری کروی با شبکه‌ای از مثلث‌ها روی سطح که در دهه ۱۹۵۰ ثبت اختراع کرده بود. اسمالی به دفترش رفت و کتابی درباره کارهای فولر آورد و آن‌ها توانستند ساختار پیشنهادی را شناسایی کنند. 

باک‌مینستر فولر که در دهه ۱۹۵۰ اختراع گنبد ژئودزیک را ثبت کرده بود، در مقابل سازه خود در پاویون آمریکا در نمایشگاه جهانی ۱۹۶۷ ایستاده است. گنبد فولر الهام‌بخش دانشمندانی شد که ساختار مولکول ۶۰ کربنی معروف به فولرن باک‌مینستر را رمزگشایی کردند

ترکیب حاصل که آن را «فولرن باک‌مینستر» نامیدند، مولکولی با تقارن فوق‌العاده بود. مقاله‌ای که مولکول جدیدشان را توصیف می‌کرد روز ۱۴ نوامبر ۱۹۸۵ در مجله Nature منتشر شد و خیلی زود لقب «توپ‌های باکی» به آن داده شد. 

در سال‌های بعد، تیم ویژگی‌های این کلاس از مولکول‌های بسته به نام فولرن‌ها را کشف کرد. تا سال ۱۹۹۰، دانشمندان فهمیدند با ایجاد قوس الکتریکی بین دو میله کربنی، می‌توان شمار زیادی توپ باکی تولید کرد. 

کروتو، اسمالی و کِرل جایزه نوبل شیمی ۱۹۹۶ را برای کشف و توصیف توپ‌های باکی دریافت کردند. 

فولرن‌ها به‌عنوان یک کلاس مولکولی مفید شناخته شده‌اند و خویشاوندان شیمیایی توپ‌های باکی به نام نانولوله‌ها، بسیار مقاوم بوده و دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا هستند. این نانولوله‌ها در میکروسکوپ‌های نیروی اتمی، باتری‌ها، پوشش‌ها و حسگرهای زیستی اهمیت پیدا کرده‌اند. اگرچه دانشمندان پیشنهاد کرده‌اند توپ‌های باکی می‌توانند در زمینه‌هایی از محاسبات کوانتومی تا انتقال دارو کاربرد داشته باشند، هنوز جایگاه واقعی خود را در کاربردهای عمومی پیدا نکرده‌اند.