Home arrow บทความฟิสิกส์ arrow ดูการเคลื่อนไหวของ "อิเล็กตรอน" ที่จับภาพได้ครั้งแรกของโลก
Home    Contacts



ดูการเคลื่อนไหวของ "อิเล็กตรอน" ที่จับภาพได้ครั้งแรกของโลก PDF พิมพ์

ภาพการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนที่บันทึกได้เป็นครั้งแรกด้วยพลัส์ของเลเซอร์ในระดับอัตโตวินาที

       เป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลยที่จะบันทึกภาพอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ เพราะความเร็วของอนุภาคที่สูงมากทำให้ได้ภาพที่ไม่ชัด แต่ทีมวิจัยสวีเดนก็เอาชนะอุปสรรคต่างๆ พัฒนาเทคโนโลยีจนสามารถบันทึกภาพเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน หลังจากถูกดึงออกจากอะตอมได้เป็นครั้งแรกของโลก
       
       การบันทึกภาพอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงนั้น จำเป็นต้องใช้แสงวาบ (แฟลช) ที่สั้นๆ เพียงพอ ซึ่งก่อนหน้านั้นไม่สามารถทำได้ แต่ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยลุนด์ (Lund University) ในสวีเดน สามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่ให้ "พัลส์" (pulse) หรือการสั่นสะเทือนสั้นๆ จากแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูง ซึ่งให้พัลส์ที่ให้จังหวะสั้นๆ ในหน่วย "อัตโตวินาที" (Attosecond) ซึ่งเป็นเวลาหนึ่งในพันล้านส่วนของหนึ่งในพันล้านส่วนวินาทีหรือแทนด้วยตัวเลขได้ 10-18 วินาที
       
       อาศัยแสงเลเซอร์ดังกล่าว ทำให้ทีมนักวิทยาศาสตร์สวีเดนประสบความสำเร็จอย่างยิ่งในการนำทางการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน ดังนั้นพวกเขาจึงจับภาพการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนและอะตอมบนแผ่นฟิล์มได้ ซึ่งเป็นการบันทึกภาพเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนได้เป็นครั้งแรก
       
       สำหรับระยะของของฟิล์มนั้นสัมพันธ์กับการสั่นของคลื่นแสงแต่ความเร็วถูกทำให้ลดลงจึงทำให้เรามองเห็นการสั่นของแสง ซึ่งความต่อเนื่องของฟิล์มแสดงให้เห็นการกระจายพลังงานของอิเล็กตรอน ดังนั้นภาพที่ได้จึงไม่ใช่ภาพที่เห็นได้ด้วยสัมผัสโดยปกติ
       
       โยฮาน มัวริตสัน (Johan Mauritsson) ผู้ช่วยศาสตร์จารย์ทางด้านฟิสิกส์อะตอมจากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยลุนด์ ซึ่งเป็น 1 ใน 7 นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาครั้งนี้และเป็น 1 ใน 2 ผู้มีบทบาทในการควบคุมการวิจัยร่วมกับ ศ.อันเน ลุยลิเยร์ (Anne L'Huillier) กล่าวว่าอิเล็กตรอนใช้เวลาประมาณ 150 อัตโตวินาทีเพื่อวนรอบนิวเคลียสของอะตอม


       
       โครงสร้างอะตอมอย่างง่ายซึ่งเป็นที่คุ้นเคย จะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสของอะตอม

      "เราได้สร้างความมั่นใจให้กับสังคมวิจัยมานานแล้วว่า เราจะใช้พัลส์ของเลเซอร์ในระดับอัตโตวินาทีบันทึกภาพเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนได้ ตอนนี้เราก็ทำสำเร็จแล้ว เราสามารถศึกษาได้ว่าพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเป็นอย่างไรเมื่อชนกับวัตถุต่างๆ นั่นเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่ง อีกทั้งยังภาพนี้ไปยืนยันทฤษฎีของเราได้อีกด้วย สิ่งที่เราทำคืองานวิจัยพื้นฐานซึ่งหากสามารถนำไปประยุกต์ได้ในอนาคตก็ดูจะเป็นโบนัสแล้วล่ะ" มัวริตสันกล่าว
       
       ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนด้วยวิธีโดยอ้อม อย่างเช่นการวัดสเปกตรัมของอิเล็กตรอน เป็นต้น ซึ่งวิธีต่างๆ เหล่านั้นให้เพียงความเป็นไปได้ในการวัดผลการจากเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน แต่ทว่าตอนนี้เรามีโอกาสที่จะติดตามเหตุการณ์ทั้งหมดได้แล้ว นอกจากนี้ทีมวิจัยยังหวังว่าจะค้นพบเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับอะตอมที่หยุดนิ่งเมื่ออิเล็กตรอนชั้นในหลุดออกมาแล้วอิเล็กตรอนตัวอื่นเข้าไปแทนที่ในช่องว่างที่เกิดขึ้นด้วย
       
       อย่างไรก็ดีพัลส์ในระดับอัตโตวินาทีสร้างสำเร็จได้ 2 ปีแล้วแต่ยังไม่มีใครนำมาใช้บันทึกการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนได้ จนกระทั่งเมื่อทำให้มีความเร็วลดลงอย่างมากก็จะสามารถบันทึกภาพได้คมชัด และเพื่อบันทึกภาพการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนที่มีความเร็วสูง ทีมวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า "สโตรโบสโคป" (Stroboscope) ชนิดพิเศษที่บันทึกภาพเชิงควอนตัมได้ในระดับอัตโตวินาที โดยสร้างเงื่อนไขที่สามารถบันทึกได้คมชัดในขณะที่พัลส์มีความเร็วสูงได้ด้วยการบันทึกภาพนิ่งในระยะติดๆ กันคล้ายการบันทึกภาพนิ่งนกฮัมมิงเบิร์ดกำลังกระพือปีกที่นำมาซ้อนกันหลายๆ ภาพแล้วได้เป็นภาพเคลื่อนไหว.

คลิกครับ  download  จากฟิสิกส์ราชมงคล

  (การเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน บันทึกโดย: โยฮาน มัวริตสัน ในอัตโตเซเคินด์ ฟิสิกส์ แอนด์ ไฮท์-ออร์เดอร์ ฮาร์โมนิก เจเนอเรชัน สวีนเดน)

 
< ก่อนหน้า   ถัดไป >
สถิติผู้เยี่ยมชม: 45827898
ขณะนี้มี 1 บุคคลทั่วไป ออนไลน์

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!