นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 192 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2558

45 / 62

ปีที่ 43 ฉบับที่ 192 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2558
45
ในอดีตเมื่อ 40 ปีก่อน Otto Frisch เคยใช้เทคนิคกระเจิง
แสงในการท�ำให้สสารมีอุณหภูมิเย็นจัด โดยการยิงอะตอม
โซเดียมด้วยแสงโซเดียม และพบว่า แสงสามารถท�ำให้อะตอม
โซเดียมเบี่ยงเบนทิศได้ เพราะเมื่ออนุภาคโฟตอนของแสงปะทะ
อะตอม โมเมนตัมของอะตอมจะเปลี่ยน คือมีความเร็วส่วนหนึ่ง
ในทิศของแสง และอุณหภูมิของอะตอมจะลดลง ดังนั้นเมื่อ
โฟตอน หลายอนุภาคพุ่งชนอะตอมซ�้ ำ ๆ แม้โมเมนตัมของ
โฟตอน จะมีค่าน้อย แต่ถ้าจ� ำนวนครั้งของการชนมีมาก
ผลกระทบจะมีค่ามากในท�ำนองเดียวกับการระดมยิงลูกบาสเก็ตบอล
ที่ก�ำลังเคลื่อนที่ด้วยกระสุนที่ท� ำด้วยลูกปิงปองจ�ำนวนมาก ก็
สามารถชะลอความเร็วของลูกบาสเก็ตบอลได้เช่นกัน Frisch ได้
ตั้งข้อสังเกตว่า ถ้าใช้แสงเลเซอร์ในการทดลอง นักทดลองจะต้อง
ปรับความถี่ของแสงตลอดเวลาเพื่อให้ โฟตอน ของแสงมีพลังงาน
พอดีส�ำหรับการถูกอะตอมดูดกลืน ซึ่งความถี่นี้ขึ้นกับชนิด ทิศ
และความเร็วของอะตอมนั้น เพราะถ้าไม่ปรับความถี่ของแสงให้
พอเหมาะ แสงเลเซอร์ก็จะเคลื่อนที่ผ่านอะตอมไปโดยไม่ท�ำให้
อะตอมมีความเร็วลดลง
เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในเวลาต่อมา คือ เมื่ออะตอมดูดกลืน
โฟตอนเข้าไปแล้ว มันจะปลดปล่อยโฟตอนออกมาในทิศต่าง ๆ
อย่างสะเปะสะปะ ท�ำให้อะตอมที่เคลื่อนที่ในทิศของแสง
พุ่งเข้าหาแสงด้วยความเร็วที่น้อยลง แต่ในขณะเดียวกันอะตอมเอง
ก็มีการเคลื่อนที่แบบ Brownian ด้ วย คือสะเปะสะปะ
อันเป็นผลที่เกิดจากการที่อะตอมชนกันเอง ซึ่งท�ำให้อะตอมมี
อุณหภูมิสูงขึ้น การหักล้างระหว่างปัจจัยทั้งสองนี้คือข้อเสียที่
ท�ำให้นักฟิสิกส์ไม่สามารถท�ำให้อะตอมมีอุณหภูมิลดต�่ำมากได้
ดังนั้น เพื่อให้กลุ่มอะตอมมีอุณหภูมิซูเปอร์ต�่ำ นักฟิสิกส์
จ� ำต้องอาศัยเทคนิคอื่นเสริม นั่นคือ อาศัยกระบวนการระเหย
(evaporative cooling) ซึ่งเป็นวิธีที่เราใช้เวลาต้องการจะท�ำให้
กาแฟเย็นลง คือ เป่าลมไปเหนือผิวน�้ำกาแฟ การท�ำเช่นนี้จะช่วย
ให้โมเลกุลน�้ำที่มีอุณหภูมิสูงถูกก�ำจัดออกจากกาแฟออกมาเป็น
ไอน�้ำ ซึ่งมีผลท�ำให้โมเลกุลน�้ำที่เหลือมีพลังงานน้อยลง คือเย็นลง
ดังนั้น เมื่อใดที่มีกลุ่มอะตอมอุณหภูมิสูง กระบวนการระเหยจะ
ท�ำให้กลุ่มอะตอมที่เหลือมีอุณหภูมิลดลง ๆ
คณะบุคคลผู้บุกเบิกเทคนิคเช่นนี้คือ Chu, Cohen-Tan-
noudji และ Phillips ซึ่งสามารถท�ำให้อะตอมเย็นจัดจนใกล้ถึง
อุณหภูมิศูนย์ องศาสัมบูรณ์ ได้ เป็นเวลานานหลายวินาที
และอะตอมที่ถูกกักนี้จะเคลื่อนที่ไป-มาเสมือนตกอยู่ในวุ้น
เหนียว เมื่ออะตอมมีความเร็วต�่ำ นักฟิสิกส์ก็สามารถศึกษาและ
วัดสมบัติของอะตอมได้อย่างแม่นย� ำ จนสามารถน� ำไปสร้าง
นาฬิกาปรมาณูที่เดินได้เที่ยงที่สุดในโลก และใช้ในกระบวนการ
atomic lithography เพื่อท� ำคอมพิวเตอร์ชิพให้มีขนาดเล็ก
ยิ่งกว่าเทคนิคธรรมดาหลายพันเท่า
หลังจากที่ประสบความส� ำเร็จในการท�ำวิจัยระดับรางวัล
โนเบลแล้ว Chu ได้ย้ายไปเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Stanford
ในปี ค.ศ. 1987 และเริ่มโครงการ Bio-X ซึ่งเป็นโครงการวิจัยที่
เชื่อมโยงชีววิทยากับแพทยศาสตร์ โดย Chu เป็นตัวตั้งตัวตี
ในการหาแหล่งทุนวิจัยจากภายนอกมหาวิทยาลัย
ถึงเดือนสิงหาคม ค.ศ.2004 Chu ได้รับการแต่งตั้งเป็น
ผู้อ� ำนวยการของห้องปฏิบัติการ Lawrence Berkeley
National Laboratory (LBNL) ซึ่งมีจุดประสงค์จะวิจัยและ
พัฒนาด้านพลังงาน เช่น พลังนิวเคลียร์ พลังงานแสงอาทิตย์ และ
พลังงานชีวมวล เพราะได้พบว่าในการต่อสู้กับภัยโลกร้อน
อเมริกาจ�ำต้องลดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน
และน�้ำมัน Chu ได้เคยเสนอให้หลังคาบ้าน และถนนทุกสายใน
โลกทาสีขาว หรือสีอ่อนเพื่อให้สามารถสะท้อนแสงอาทิตย์กลับ
ออกไปสู่อวกาศ ซึ่งจะท� ำให้อุณหภูมิของโลกลดลงได้ และผลที่
เกิดขึ้นนี้ Chu คิดว่า จะมีค่าเท่ากับการที่โลกไม่ใช้รถยนต์เลย
เป็นเวลานาน 11 ปี
รูปที่ 3
(ที่มา: )