นักวิทยาศาสตร์สร้างปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ทำให้สสารล่องหนได้สำเร็จเป็นครั้งแรก

22 พ.ย. 2564 - 00:46 น.

ทีมนักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์หรือเอ็มไอที (MIT) ของสหรัฐฯ ทำการทดลองทางควอนตัมที่ให้ผลเป็นภาวะโปร่งใสเกือบสมบูรณ์แบบของสสารได้สำเร็จเป็นครั้งแรก หลังมีการทำนายทางทฤษฎีในเรื่องนี้เอาไว้เมื่อเกือบหนึ่งร้อยปีก่อน

เกาะติดข่าว กดติดตาม ข่าวสด

หลักการทางกลศาสตร์ควอนตัมดังกล่าวระบุว่า หากทำให้กลุ่มหมอกของสสารในสถานะก๊าซเย็นจัดจนเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส ) รวมทั้งทำให้มันมีความหนาแน่นสูงพอ กลุ่มหมอกนั้นจะสะท้อนและกระเจิงแสงได้ลดลงเรื่อย ๆ จนผู้ทำการทดลองเห็นว่ามัน “ล่องหน” หายไปจากสายตาในที่สุด

ปรากฎการณ์ดังกล่าวเรียกว่า Pauli blocking หรือการยับยั้งการกระเจิงแสงของเพาลี ซึ่งเป็นปรากฎการณ์หนึ่งที่นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียชื่อเดียวกันได้ทำนายเอาไว้เมื่อปี 1925 โดยเขาระบุว่าการล่องหนของก๊าซสามารถเกิดขึ้นได้ เมื่ออะตอมของก๊าซสูญเสียคุณสมบัติตามธรรมชาติในการกระเจิงแสงไป

รูปมนุษย์ล่องหน
Getty Images

สาเหตุที่ทำให้เป็นเช่นนั้นสามารถอธิบายได้ด้วยหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) ซึ่งชี้ว่าอนุภาคเฟอร์มิออนสองตัวที่เหมือนกัน ไม่อาจจะอยู่ในสถานะควอนตัมหรือระดับพลังงานเดียวกันได้ ทำให้อนุภาคเหล่านี้แยกกันเข้าครอบครองระดับพลังงานต่าง ๆ ภายในอะตอมจนเต็ม โดยอนุภาคที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุดและห่างจากนิวเคลียสมากที่สุด จะสามารถเคลื่อนไหวตอบสนองกับอนุภาคของแสงหรือโฟตอนที่เข้ามากระทบ จนเกิดการกระเจิงแสงขึ้น

อย่างไรก็ตาม อนุภาคในอะตอมของก๊าซที่เย็นจัดจนเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์นั้น สามารถเข้าครอบครองได้แต่ระดับพลังงานที่ต่ำมาก ทำให้ไม่มีอนุภาคในระดับพลังงานที่สูงพอจะเคลื่อนไหวตอบสนองกับโฟตอนได้ โฟตอนจึงต้องเคลื่อนผ่านไปโดยไม่เกิดการกระเจิงแสง

YE LABS / JILA
อุปกรณ์ให้กำเนิดแสงเลเซอร์สีฟ้า ซึ่งใช้ตรวจสอบระดับความโปร่งใสของก๊าซในการทดลอง


รายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ฉบับล่าสุด ระบุว่าทีมนักวิทยาศาสตร์ของเอ็มไอทีได้ทดลองใช้เลเซอร์ ทำให้อะตอมของลิเทียมในสถานะก๊าซเคลื่อนไหวช้าลงจนมีอุณหภูมิลดต่ำเหลือเพียง 20 ไมโครเคลวิน ซึ่งถือว่าสูงกว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย

จากนั้นผู้ทำการทดลองได้ใช้อุปกรณ์เลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงอีกชุดหนึ่ง ทำหน้าที่เป็นคีมบีบอัดให้อะตอมของก๊าซลิเทียมอยู่ในพื้นที่แคบ จนมีความหนาแน่นถึง 1 ควอดริลเลียนอะตอม (เลข 1 ตามด้วยเลข 0 จำนวน 15 ตัว) ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

ผลปรากฏว่ากลุ่มหมอกของก๊าซลิเทียมในภาวะดังกล่าวดูโปร่งใสขึ้น โดยผลตรวจนับอนุภาคโฟตอนหรือแสงที่เกิดการกระเจิงผ่านกล้องความไวสูงยืนยันว่า มีโฟตอนชนิดนี้ลดน้อยลงในการทดลอง ส่งผลให้กลุ่มหมอกก๊าซลิเทียมมีการกระเจิงแสงลดต่ำลงถึง 38% เมื่อเทียบกับสสารแบบเดียวกันในอุณหภูมิห้อง

การทดลองนี้มีศักยภาพในการพัฒนาวัสดุที่ยับยั้งอนุภาคของแสง ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมประสิทธิภาพสูงในอนาคต เนื่องจากการทำให้เกิดปรากฎการณ์ดังข้างต้น จะป้องกันไม่ให้คอมพิวเตอร์สูญเสียข้อมูลควอนตัมไปกับโฟตอน ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมในทุกวันนี้

………………..

ข่าว BBCไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ข่าวสด เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว

ติดตามข่าวสด

ข่าวเด่นประจำวัน












ภาพที่



อัลบั้มภาพ นักวิทยาศาสตร์สร้างปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ทำให้สสารล่องหนได้สำเร็จเป็นครั้งแรก
ข่าวที่เกี่ยวข้อง