ข่าวฟิสิกส์ที่น่าสนใจ

รพพน พิชา
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ในช่วงเดือนที่ผ่านมา มีข่าวทางฟิสิกส์ที่น่าสนใจหลายเรื่อง ได้สรุปมานำเสนอในที่นี้อย่างสั้น ๆ 3 เรื่อง คือ ขนาดของ โปรตอนเล็กกว่าที่เคยคิดกัน แอนติเลเซอร์ และ ภาพถ่ายจักรวาลที่ชัดเจนที่สุดเท่าที่เคยมีมา

-----------------

การหดตัวของโปรตอนที่น่าอัศจรรย์

ในปัจจุบันนี้ ดูเหมือนจะไม่มีใครที่ปลอดภัยกับการถูกลดขนาด (ดาวน์ไซส์) ในสภาวะเศรษฐกิจที่ย่ำแย่นี้ ไม่เว้นแม้ กระทั่งอนุภาคขนาดเล็กกว่าอะตอมอย่างโปรตอน

โดยงานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในนิตยสารเนเจอร์ (Nature) เมื่อวันที่ 8 ก.ค. 2553 นี้ ได้รายงานว่ารัศมีของโปรตอนมี ขนาดเล็กกว่าที่เคยคิดกันอยู่ประมาณ 4 เปอร์เซนต์

ผลที่ได้นี้ อาจเป็นแค่ความผิดพลาด แต่มีกลุ่มนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า หากผลดังกล่าวได้รับการยืนยัน โปรตอนที่มี ขนาดเล็กลงนี้อาจมีผลกระทบที่ยิ่งใหญ่ทีเดียว ยกตัวอย่าง เจฟฟ์ ฟลาเวอร์ จาก National Physical Laboratory ใน อังกฤษกล่าวว่า มันต้องมีบางสิ่งผิดพลาดในทฤษฎี QED อย่างแรง หากผลวิจัยล่าสุดนี้เป็นความจริง

ทฤษฎีควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์ (QED) ซึ่งเป็นทฤษฎีรวมหลักที่ถูกเรียกให้เป็นอัญมณีแห่งฟิสิกส์ ทฤษฎีนี้สามารถ อธิบายการทำปฏิกิริยาระหว่างแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กับสสาร โดยใช้หลักการทางสัมพัทธภาพพิเศษของ ไอน์สไตน์ ผนวกกับหลักการทางกลศาสตร์ควอนตัม

ทีมวิจัยที่นำโดยแรนดัล โพห์ล แห่ง Max Planck Institute of Quantum Optics ในการ์ชิง ประเทศเยอรมนี ได้สร้าง สถานะของไฮโดรเจนที่มีความแปลก โดยอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยอนุภาคมิวออน โดยมิวออนเป็น อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากับอิเล็กตรอน แต่มีมวลมากกว่าประมาณ 200 เท่า ซึ่งทำให้มิวออนมีวงโคจรที่เล็กกว่า อิเล็กตรอน การที่มิวออนอยู่ใกล้กับนิวเคลียส (โปรตอน) มากขึ้นนี้ ทำให้มีโอกาสทำอันตรกิริยากับโปรตอนสูงขึ้น และนักวิจัยก็สามารถศึกษาโปรตอนในระดับที่ลึกลงไป กว่าที่เคยศึกษาจากไฮโดรเจนปกติ

ในการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ส่องลำอนุภาคมิวออนไปที่แก๊สไฮโดรเจน นำไปสู่การกำเนิดตัวของไฮโดรเจนแบบ มีมิวออน ต่อมาทีมวิจัยก็ได้ยิงเลเซอร์ไปที่มิวออน เพื่อกระตุ้นให้มิวออนกระโดดจากชั้นพลังงานหนึ่งขึ้นไปอีกชั้นที่ สูงขึ้น ซึ่งเมื่อนักวิจัยได้วัดช่องพลังงานระหว่างสองชั้นนี้แล้ว ก็จะสามารถคำนวณหาขนาดรัศมีของโปรตอนได้

ทีมนักวิจัยใช้เวลาปรับเครื่องมือทั้งที่ใช้สร้างลำมิวออน และที่ยิงเลเซอร์อยู่หลายปีโดยไม่มีโชคนัก เลเซอร์นั้นถูกปรับ ค่าให้วัดรัศมีโปรตอนที่มีค่าระหว่าง 0.87 ถึง 0.91 เฟมโตเมตร [1 ฟม. = 10 กำลัง (-15) เมตร] ตามที่ทฤษฎี QED ได้ทำนายไว้

แต่เมื่อปรับค่าเลเซอร์ให้เข้ากับโปรตอนที่มีรัศมีเล็กลง ทีมวิจัยก็ได้วัดรัศมีโปรตอนที่ 0.84184 ฟม. ซึ่งน้อยกว่าค่าที่ กลุ่มอื่น ๆ เคยได้วัดกันมาในอดีต

โพห์ลกล่าวว่าทุกคนที่ทำการทดลองเชื่อว่าผลนี้ถูกต้อง ไม่มีใครทำอะไรผิดพลาด ดังนั้นก็แปลว่าทฤษฎี QED ผิดพลาด แต่ก่อนอื่น เราต้องใช้เวลาพิสูจน์ผลนี้ให้แน่ใจก่อน จึงจะกล้าประกาศเช่นนั้นได้

งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

1. R. Pohl et al. The size of the proton. Nature. Vol. 466, July 8, 2010, p. 213. doi: 10.1038/nature 09250

2. J. Flowers. A chink in the armour? Nature. Vol. 466, July 8, 2010, p. 195.

พื้นฐานมาจากบทความ http://www.sciencenews.org/view/generic/id/ 60990/title/The_incredible_shrinking_proton

โดย เรเชล เอห์เรนเบิร์ก, 31 ก.ค. 2553

----------------------

แอนติเลเซอร์

เลเซอร์เป็นวิธีการสร้างลำแสงที่มีความเข้มสูง โดยใช้การกระตุ้นให้เกิดการปล่อยพลังงาน โดยลำแสงที่ถูกสร้างขึ้นจะ ประกอบไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีความถี่และความยาวคลื่นที่แน่นอน

เลเซอร์ถูกสร้างขึ้นมาเมื่อราวห้าสิบปีที่แล้ว และได้ถูกใช้งานในชีวิตประจำวันของผู้คน ตั้งแต่เครื่องสแกนสินค้าใน ซูเปอร์มาร์เกต ไปจนถึงเล่น CD ในวันนี้เราต้องมารู้จักกับสิ่งที่เรียกว่า แอนติเลเซอร์ (antilaser)

แทนที่จะสร้างลำคลื่นความเข้มสูงดังเช่นเลเซอร์ แอนติเลเซอร์จะเป็นตัว "ดูดกลืน" คลื่น โดยสามารถปรับให้ทำงานกับ คลื่นที่ความยาวคลื่นแตกต่างกันได้

เอ. ดักลัส สโตน นักฟิสิกส์จาก ม. เยลล์ ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่ามันเป็นกลที่เยี่ยมยอด ที่ทำให้ ลำแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ต้องการ กลายเป็น "สีดำ" ได้

ในอนาคต แอนติเลเซอร์อาจมีประโยชน์สำหรับการเป็นตัวคัดกรองคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คล้ายกับสวิตช์แสง ซึ่งอาจใช้ใน คอมพิวเตอร์ในอนาคตที่ใช้แสงแทนอิเล็กตรอน

สเตฟาโน ลองกี นักฟิสิกส์จาก Polytechnic Institute of Milan ในอิตาลี เชื่อว่า วันหนึ่ง แอนติเลเซอร์และเลเซอร์ จะถูกผลิตขึ้นในเครื่องเดียวกันได้

งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

1. Y.D. Chong et al. Coherent perfect absorbers: time-reversed lasers. Physical Review Letters. Vol. 105, 2010, p. 053901.

พื้นฐานมาจากบทความ http://www.sciencenews.org/view/generic/id/ 61673/title/Behold,_the_antilaser

โดย อะเล็กซานดรา วิทซ์ , 30 ก.ค. 2553

----------------------

ภาพจักรวาลที่ชัดที่สุด

จักรวาลเป็นบริเวณที่กว้างใหญ่ที่น่าค้นหา มนุษย์ต่างมีความต้องการรู้ถึงความพิศวงของจักรวาลเสมอมา เมื่อเครื่องมือ กล้องโทรทรรศน์มีความก้าวหน้ามากขึ้น เราก็สามารถที่จะตรวจวัดลักษณะของจักรวาลได้ชัดเจนขึ้น

เมื่อวันที่ 5 กรกฎาคม 2553 หน่วยงาน European Space Agency ได้นำเสนอภาพถ่ายจักรวาลยุคเริ่มต้นที่มีความชัด ที่สุดที่เคยถูกถ่ายมา

โดยภาพนี้ถูกบันทึกโดยดาวเทียมพลังค์ (Planck) ซึ่งได้ถูกส่งขึ้นโคจรเมื่อเดือนพฤษภาคม 2552 โดยแสงที่เห็นอยู่ใน ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่มาจาก Big Bang เฉดสีที่ต่างกันนั้น แสดงถึงความแตกต่างเล็กน้อยของอุณหภูมิของจักรวาลที่ ตำแหน่งต่าง ๆ บนท้องฟ้า โดยภาพถ่ายนี้บ่งบอกถึงการกระจายตัวของสสารเมื่อจักรวาลมีอายุ 380,000 ปี

ตรงบริเวณสีขาวและฟ้า แสดงถึงการรบกวนสัญญาณจากทางช้างเผือก และ กาแลกซีอื่น ๆ ในขณะที่บริเวณที่ออก สีแดงและเหลืองเป็นไมโครเวฟจาก Big Bang

ผู้อ่านสามารถค้นคว้าข้อมูลเพิ่มเติมได้จากสองเว็บไซต์นี้

1. โครงการพลังค์ http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=17
2. ประกาศของ ESA http://www.esa.int/esaCP/SEMF2FRZ5BG_index_0.html

พื้นฐานมาจากบทความ http://www.sciencenews.org/view/generic/id/ 60903/title/The_universe_according_to_Planck

โดย ทอม ซิกฟรีด , 31 ก.ค. 2553

----------------------