BlogGang.com : : scimovie : วัดขนาด “โปรตอน” ใหม่ได้เล็กลง 4%

วัดขนาด “โปรตอน” ใหม่ได้เล็กลง 4%

หน้าปกวารสารเนเจอร์ซึ่งตีพิมพ์ผลการวิจัยวัดขนาดโปรตอนครั้งนี้ (เอเอฟพี)

นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคใหม่ที่แม่นยำกว่าเดิม 10 เท่าหาขนาดที่แท้จริงของ “โปรตอน” ด้วยการวัดนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน พบว่ามีขนาดเล็กกว่าที่เคยคาด จากเดิมเชื่อว่ามีขนาด 0.8768 เฟมโตเมตร แต่วัดครั้งใหม่ได้ 0.8418 เฟมโตเมตร

ทั้งนี้ นักฟิสิกส์สามารถวัดขนาดโปรตอนได้โดยการจับตาดูการทำอันตรกริยาของอิเล็กตรอนกับโปรตอน ซึ่งอิเล้กตรอนเดียวสามารถครอบครองระดับชั้นพลังงานที่แยกชั้นอย่างชัดเจนได้เพียงระดับเดียวเท่านั้น ซึ่งอธิบายได้ด้วยกฎของกลศาสตร์ควอนตัม บางระดับชั้นพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับบางส่วนของขนาดโปรตอน และนักฟิสิกส์ได้ทำการวัดขนาดโปรตอนมาตั้งแต่ช่วง ค.ศ.1960 ด้วยวิธีที่ไม่แม่นยำนัก ซึ่งได้ขนาดรัศมีโปรตอนประมาณ 0.8768 เฟมโตเมตร โดย 1 เฟมโตเมตรมีค่าเท่ากับ 10-15 เมตร หรือมีขนาดเล็กกว่าเมตร 100 ล้านล้านเท่า

ทีมนักฟิสิกส์นานาชาติ 32 คน ซึ่งนำโดย แรนดอล์ฟ พอห์ล (Randolf Pohl) จากสถาบันมักซ์พลังก์ด้านควอนตัมออพติกส์ (Max Planck Institute of Quantum Optics) ในเยอรมนี ได้ใช้ไฮโดรเจนเพื่อหาขนาดโปรตอน โดยเอเอฟพีอธิบายว่า พวกเขานำมิวออนลบเข้าไปแทนที่อิเล็กตรอนในไฮโดรเจนอะตอม ซึ่งมิวออนนั้นเป็นอนุภาคที่มีประจุเดียวกับอิเล็กตรอนแต่หนักกว่าถึง 200 เท่า และยังไม่ค่อยมีความเสถียรนัก มวลที่มากขึ้นของมิวออนทำให้อะตอมไฮโดรเจนมีขนาดเล็กลง และยังทำอันตรกริยากับโปรตอนได้มากกว่า จึงทำให้วัดโครงสร้างของโปรตอนได้แม่นยำกว่า

วิธีการใหม่มีความแม่นยำกว่าเดิม 10 เท่า โดยขนาดของโปรตอนที่วัดได้ใหม่คือ 0.8418 เฟมโตเมตร ซึ่งแม้จะเล็กกว่าเดิมเพียง 4% แต่ทีมวิจัยระบุว่าสามารถสั่นคลอนพื้นฐานทฤษฎีพลศาสตร์ไฟฟ้าเชิงควอนตัม (quantum electrodynamics) ได้

เพื่อวัดขนาดของโปรตอนไซน์เดลีระบุว่าทีมนักฟิสิกส์ใช้ลำเลเซอร์ระเบิดอะตอมไฮโดรเจนด้วยพลังงานในระดับจำเพาะ เพื่อกระตุ้นให้มิวออนกระโดดจากชั้นพลังงานหนึ่งไปอีกชั้นพลังงานหนึ่ง ตอนแรกพวกเขาไม่พบการเปลี่ยนแปลงใดๆ ตามที่คาด และเดาว่าน่าจะเป็นเพราะเลเซอร์ทำงานผิดพลาด แต่สุดท้ายพวกเขาได้ช่วงพลังงานที่เหมาะสมและพบการเปลี่ยนผ่านระดับพลังงานอย่างที่ต้องการ

หากการขนาดโปรตอนล่าสุดถูกต้อง ผลการวัดก่อนนี้ซึ่งนำไปใช้ในการคำนวณหลายร้อยเรื่องกลายเป็นค่าที่ผิด หรืออาจเกิดปัญหาขึ้นกับทฤษฎีพลศาสตร์ไฟฟ้าเชิงควอนตัมเองได้ และไม่ว่าจะส่งผลในด้านใดนักฟิสิกส์ก็มีปัญหาใหญ่ที่ต้องหาทางอธิบาย

“ตอนนี้นักทฤษฎีกำลังคำนวณสมการของพวกเขาใหม่ และมีการทดลองอีกมากที่จะต้องทำเพื่อยืนยันหรือคว่ำผลการทดลองล่าสุก ในอีก 2 ปีข้างหน้าเราจะทำการทดลองใหม่ด้วยอุปกรณ์เดิม แต่ครั้งหน้าเราจะใช้ฮีเลียมมิวออนิค (muonic helium) ** แทน” พอล อินดีลิคาโต (Paul Indelicato) ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการคาสต์เลอร์บรอสเซล (Kastler Brossel Laboratory) มหาวิทยาลัยปีแอร์แอนด์มารี คูรี (Pierre and Marie Curie University) ในกรุงปารีส ฝรั่งเศสกล่าว

** คือ ฮีเลียมที่ถูกแทนที่อิเล็กตรอนด้วยมิวออน

ห้องแล็บซึ่งใช้เลเซอร์วัดขนาดโปรตอน (ไซน์เดลี/Paul Scherrer Institute)

ที่มา
//www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9530000098343

Create Date : 26 กรกฎาคม 2553

Last Update : 26 กรกฎาคม 2553 22:23:43 น.

0 comments

Counter : 1405 Pageviews.