ข่าวอันดับ 8. การใช้นิวตรอนในการวัดผลความโน้มถ่วงต่อระบบควอนตัม โพสต์เมื่อ:
16:01 วันที่ 2 ม.ค. 2546 ชมแล้ว:
14,517 ตอบแล้ว:
7
เป็นที่รู้กันว่าในบรรดาแรงพื้นฐานตามธรรมชาติทั้ง 4 แรงนั้นแรงโน้มถ่วงนั้นอ่อนที่สุดดังนั้นจึงป็นการยากอย่างยิ่งที่จะสังเกตุผลของแรงโน้มถ่วงในปรากฏการณ์ระดับควอนตัม ในทางปฏิบัติเมื่อเราทดลองหรือคำนวณงานเกี่ยวกับปรากฏการณ์ระดับควอนตัมเรามักจะถือว่าแรงโน้มถ่วงมีค่าน้อยจนละทิ้งได้
แต่ในปีนี้นักวิทยาศาสตร์แห่ง Institute Laue-Langevin ที่เมืองเกรโนเบิล ฝรั่งเศส พบว่านิวตรอนที่อุณหภูมิต่ำมากๆ(เพื่อให้มีพลังงานและความเร็วต่ำ) เมื่อเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกเพียงอย่างเดียว แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงมีผลต่อการเคลื่อนที่แบบควอนตัมของนิวตรอนจริงๆ
(หมายเหตุ เหตุผลที่ใช้นิวตรอนเพราะว่ามันไม่มีประจุดังนั้นจึงไม่มีผลเนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใกล้เคียง และนิวตรอนอิสระมีช่วงอายุที่ยาว)
จากภาพการทดลองก็คล้ายๆเราเล่นปาลูกบอลโดยให้ลำของนิวตรอนเดินทางในแนวเกือบจะราบเคลื่อนที่คล้ายโปรเจคไตล์และเมื่อนิวตรอนตกลงด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกลงบนกระจกก็จะกระดอนขึ้น และพลังงานของการกระดอนสามารถวัดได้โดย neatron detector ที่ปลายอีกด้าน ซึ่งพลังงานที่เขาวัดคือพลังงานในแนวดิ่ง ซึ่งนั่นก็คือพลังงานเนื่องจากสนามโน้มถ่วงนั่นเอง ถ้านิวตรอนประพฤติตัวแบบกลศาสตร์นิวตันพลังงานในแนวดิ่งนี้ก็จะเป็นค่าที่ต่อเนื่อง แต่จากผลการทดลองไม่เป็นเช่นนั้น(เพราะนิวตรอนประพฤติตัวเป็นแบบควอนตัม) โดยพบว่าพลังงานแนวดิ่งของนิวตรอนจะมีค่าต่ำสุดค่าหนึ่งซึ่งเล็กมากๆประมาณ 1.4 pico eV. (10 ยกกำลัง -12 อิเล็กตรอนโวลท์) หรือประมาณ 1/13 เท่าของพลังงานยึดเหนี่ยวใน อะตอมไฮโดรเจน (การที่พลังงานน้อยมากทำให้เราเข้าใจว่าทำไมมันถึงยากกว่าที่นักฟิสิกส์สามารถพบปรากฏการณ์นี้ได้เพราะต้องอาศัยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากถึงระดับหนึ่ง) และพลังงานถัดไปที่นิวตรอนจะมีได้ก็เป็นค่าที่กระโดดไม่ต่อเนื่อง บ่งบอกถึงธรรมชาติของควอนตัมอย่างแท้จริง
|
จำนวน 7 ความเห็น, หน้า่ | -1- ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 2 ม.ค. 2546 (16:05)
และถ้าเรามองอีกแบบหนึ่งบริเวณระหว่าง bottom mirror กับ absorber ทำหน้าที่เหมือนกับเป็นบ่อศักย์ควอนตัมที่กักคลื่นนิวตรอนกล่าวคือเมื่อนิวตรอนวิ่งผ่านบริเวณนี้และหล่นลงบนกระจก จากนั้นก็กระดอนขึ้นมาแต่นิวตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นไปตามทฤษฎีควอนตัมจึงมีธรรมชาติของความเป็นคลื่นด้วย ดังนั้นมันคลื่นนิวตรอนที่กระดอนขึ้นจึงแทรกสอดกับตัวเองทำให้เกิดเป็นคลื่นนิ่ง(นึกถึงคลื่นในเส้นเชือกที่เรียนตอนมัธยม) ทำให้เมื่อเราต้องการหาตำแหน่งของนิวตรอนจะพบว่ามันอยู่ที่ความสูงเฉพาะค่าเท่านั้น ซึ่งตามรูปก็คือแถวๆจุดยอดของคลื่นนิ่งนั่นเอง
โดยในรูปแสดงว่าที่ค่าพลังงานต่างๆ E1, E2,... ก็จะมีรูปแบบของคลื่นนิ่งต่างๆกัน
อาจจะกล่าวได้ว่าในการทดลองนี้นิวตรอนไม่ได้กระดอนขึ้นอย่างลูกบอลแต่เป็นกระกระโดดอย่างไม่ต่อเนื่อง นับว่าแปลกจากสามัญสำนึกของเรามาก
นับได้ว่าเป็นนี่เป็นปรากฏการณ์แรกในระดับควอนตัมที่มีแรงโน้มถ่วงเข้ามาเกี่ยวข้องและสามารถทำได้จริงในทางการทดลอง
นอกจากนั้นนักฟิสิกส์กลุ่มนี้หวังว่าจะสามารถออกแบบการทดลองโดยอาศัยการทดลองชุดนี้เป็นพื้นฐานเพื่อพิสูจน์ "หลักการแห่งความสมมูลย์ (Principle of Equivalence)" ซึ่งบอกว่า มวลเฉื่อยกับมวลโน้มถ่วงเป็นตัวเดียวกัน หรือถ้าใครไม่เข้าใจก็นึกถึง F = m a และ F = G m1 m / r^2 ------> m ในทั้งสองสมการถูกคิดว่าเป็นตัวเดียวกันโดยไม่เคยมีหลักฐานรองรับอย่างแน่นหนาเลย
ที่มา http://www.physicsweb.org/article/news/6/1/9 /> http://www.ill.fr/nfp/npp/Highlights/2002/quantum.pdf
|
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 4 ม.ค. 2546 (17:30) อืมมมมม.... รออ่านอันดับอื่นๆ อยู่นา.... :-) (IP:203.147.49.249,,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 7 ม.ค. 2546 (13:50) ขอบคุณที่ติดตามและรอครับ
ต้องขอโทษที่ช้าไปหน่อยแต่ผมก็อยากจะแปลให้ทุกคนอ่านรู้เรื่องน่ะครับบางทีต้องอธิบายเยอะหน่อย
ไม่อยากแค่เขียนสั้นๆว่าพบอะไร ทำอะไรได้
แต่อยากให้ น้องๆที่เข้ามาอ่านได้รู้แนวความคิดเกี่ยวกับฟิสิกส์ด้วย
ยังไงอ่านรู้เรื่องหรือไม่ยังไง หรือง่ายเกินไป
ก็ช่วยติชมด้วยแล้วกันนะครับ
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 10 ม.ค. 2546 (20:24) ในการทดลองมีspin หรือไม่
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 14 ม.ค. 2546 (08:34) สงสัยว่า ด้วยพลังงานที่น้อยนิดขนาดเศษเสี้ยวของอิเล็กตรอนโวลต์
จะมีเครื่องมืออะไรไปวัดให้แม่นยำและน่าเชื่อถือได้ครับ
และด้วยขนาดที่เล็กของนิวตรอน กระจกมีหน้าตาเป็นอย่างไร
ผมคิดว่าไม่น่าจะเหมือนกระจกส่องหน้าแน่ ๆ
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 16 พ.ย. 2546 (21:17) ได้มีโอกาสเปิดนี้เป็นครั้งแรก ไม่ค่อยจะมีความรู้เกี่ยวกัยเรื่องของดาราศาสตร์ เมื่ออ่านแล้ว ทำให้รู้สึกสนใจมาก และคงจะเปิดอ่านไปตลอด และในวันนี้อยากจะให้อธิบายว่า "ทฤษฎีควอนตัมเป็นอย่างไร" ขอบคุณครับ santi_k@hunsa.com (IP:203.113.61.107,,)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 7 ธ.ค. 2547 (17:03) อืม... ขอบคุณมากๆครับ ที่ช่วยสะกิดให้ผมคิดถึงเรื่องที่เคยสงสัยมานานสมัยมัธยม จนกระทั่งลืมมันไปแล้ว นั่นคือ F= Gmm/r^2 กับ F=ma
รู้สึกว่า สมการนี้ อาจารย์มักสอนเสมอว่า นิวตัน ได้มาจากการสังเกตุ โดยไม่มีการพิสูจน์ แล้วเราก็เหมามาเข้ากฎการเคลื่อนที่ของ newton ได้อย่างไรก็ไม่ทราบ ???
แต่ผมคิดว่า ถึงแม้ว่าจะมีสมการนี้อยู่ แต่เราก็มีสมการของ Einstein อยู่นี่ครับ ดังนั้น หากสมการนี้ไม่ถูกต้องหรืออย่างไร เราก็ไม่ค่อยจะต้องน่าเป็นห่วงนะครับ
|