รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ประจำปี 2004 - ในโลกแห่งอะตอม

โพสต์เมื่อ: 00:00 วันที่ 6 ต.ค. 2547         ชมแล้ว: 46,357 ตอบแล้ว: 26
วิชาการ >> คาเฟ่ >> ทั่วไป

นักวิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐอเมริกา เดวิด กรอซ, เดวิด โพลิสเซอร์ และ แฟรงค์ วิลเซค ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2004 นี้ พวกเขาทั้งสามได้รับการให้ยกย่องจากผลงานโครงสร้างเชิงลึกของวัสดุ ในระดับอะตอมและพันธะระหว่างอนุภาคภายในอะตอม



ที่ประชุมในประเทศสวีเดน ผู้มอบรางวัลนี้ได้เปิดเผยว่า ผลงานของพวกเขาซึ่งเกี่ยวกับ “ควาร์กส์” อนุภาคขนาดเล็กภายในอะตอม และแรงพันธะระหว่างอนุภาคเหล่านี้ ซึ่งทำให้ศาสตร์สาขานี้เข้าใกล้ความฝันของทฤษฎีสำหรับทุกสิ่ง หรือ “a theory for everything”



พวกเขาทั้งสามคนนี้จะได้รับเหรียญรางวัลและเงินรางวัลมูลค่ากว่า 1.3 ล้านเหรียญสหรัฐ ภายใต้รางวัลโนเบล ที่ก่อกำเนิดขึ้นเพื่อเป็นเกียรติกับ นายอัลเฟรด โนเบล นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีดิชผู้ค้นพบระเบิดไดนาไมต์



ย้อนกลับไปในปี 1901 วิทยาศาสตร์สาขาฟิสิกส์ได้ดำเนินมาภายใต้แนวคิดแบบดั้งเดิมเกี่ยวกับการค้นคว้าองค์ประกอบพื้นฐานของจักรวาล ตราบจนเมื่อประมาณสามทศวรรษที่ผ่านมา กรอซ โพลิชเซอร์ และวิลเชค ได้นำเสนอทฤษฎีเพื่อที่จะอธิบายคุณสมบัติบางประการของแรงพันธะระหว่างอนุภาคควาร์กส์ - (ควาร์กเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่อยู่ใน นิวตรอน และโปรตรอนภายในนิวเคลียสของอะตอม โปรตรอนและนิวตรอนประกอบด้วยควาร์กส์ 3 ตัว)



โดยพวกเขาได้พยายามอธิบายแรงระหว่างพันธะเหล่านี้ในรูปของ “สี” พวกเขาได้ให้แนวคิดที่ว่า อนุภาคควาร์กส์นี้มี 3 สีด้วยกัน คือ แดง เขียวหรือน้ำกัน คล้ายกับการมีประจุบวกหรือประจุลบทางไฟฟ้านั่นเอง โดยหากเป็นประจุไฟฟ้า หากมีขั้วต่างกันจะเกิดการดูดกัน ในขณะที่การเกาะกลุ่มหรือ การรวมตัวกันของอนุภาคควาร์กส์นี้ คือ สีที่ผสมกันระหว่างอนุภาคควาร์กส์นั่นเอง



ทฤษฎีของพวกเขาประสบความสำเร็จอย่างยิ่งในการอธิบายว่าทำไมควาร์กส์จึงสามารถจัดแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มได้ ทั้งนี้พวกเขายังได้อธิบายเกี่ยวกับสิ่งผิดปกติที่เกิดขึ้นได้ว่า ควาร์กส์จะมีสีอ่อนลงเมื่อวิ่งเข้าหากันเพื่อรวมตัว จนกลายเป็นไม่มีสีในที่สุด และควาร์กส์จะมีสีเข้มขึ้นเมื่อวิ่งออกจากกัน ซึ่งคุณสมบัตินี้เปรียบเทียบได้กับหนังยาง (rubber band) ที่มีลักษณะเป็นเส้นตรงและมีแรงพันธะที่แข็งแรง



ผลงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรก เมื่อปี 1973 ที่นำมาซึ่งทฤษฎีควอนตัม โครโมไดนามิกส์ (quantum chromodynamics, QCD)



ทฤษฎีนี้นำไปสู่การสร้างแบบจำลองมาตรฐาน (The standard Model) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่บรรยายถึงความเชื่อมโยงทางฟิสิกส์ระหว่าง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) ที่เกิดการประจุไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak force) ที่ใช้ในการสร้างพลังงานบนดวงอาทิตย์ และแรงนิวเคลียร์อย่างแรง (strong force) ที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคควาร์กส์






ทางสถาบันผู้มอบรางวัลนี้ หรือ the Royal Swedish Academy of Sciences ได้กล่าวขอบคุณการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ ที่ทำให้ศาสตร์ในสาขาฟิสิกส์ก้าวไปอีกหนึ่งขั้น และเข้าใกล้เข้าสู่ความฝันอันยิ่งใหญ่ ที่จะสร้างความเป็นหนึ่งเดียวกันของทฤษฎีที่มีอยู่ หรือ ทฤษฎีเอกภาพ(unified theory) ซึ่งจะผนวกเข้ากับศาสตร์ของที่เกิดจากแรงดึงดูดต่างๆ ที่เรียกกว่าว่า ทฤษฎีสำหรับทุกสิ่ง หรือ a theory for everything นอกจากนั้นแนวความคิดนี้ยังนำไปสู่การค้นหาการเร่งของอนุภาคของโลก หรือ the world’s particle accelerators อีกด้วย



นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามคนนี้ ประกอบด้วย กรอซ นักวิจัยจากสถาบัน The Institute for Theoretical Physics ในมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ที่ซานต้าบาร์บาร่า โพลิซเซอร์จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (The California Institute of Technology) และวิลเชค นักวิจัยจากสถาบันเอ็มไอที หรือ The Massachusetts Institute of Technology Center for Theoretical Physics ในรัฐแมสซาชุเสด



ตัวอย่างแบบจำลองสามสีของอนุภาคควาร์กส์ภายในโปรตรอนหรือนิวตรอน


ข่าวจาก


เว็บไซต์ของ BBC http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3716460.stm



* หมายเหตุ ข้อมูลเพิ่มเติมจากกองบกข่าววิชาการ


David Gross, David Politzer และ Frank Wilczek สามารถอธิบายคุณสมบัติสำคัญของแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (Strong Nuclear Force) ซึ่งเป็นแรงที่มีอิทธิพลในระดับนิวเคลียสของอะตอม เป็นแรงที่ดึงดูด คว๊าก (quarks) ให้สามารถรวมเข้าอยู่ด้วยกันเป็นโปรตรอน และ นิวตรอนได้



แรงนิวเคลียร์แบบเข้มนั้นมีคุณสมบัติแปลกประหลาดเมื่อเปรียบเทียบกับแรงธรรมชาติชนิดอื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม้แต่แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน กล่าวคือ เมื่อคว๊ากแต่ละตัวเคลื่อนที่เข้ามาอยู่ใกล้กันมากๆ แรงนิวเคลียร์ที่ดึงดูดระหว่างคว๊ากจะมีค่าน้อยมาก จนอาจจะถือได้ว่าเป็นอนุภาคอิสระไม่มีเหมือนกับไม่มีแรงมากระทำ (Free particle) ปรากฏการณ์นี้ในทางทางฟิสิกส์เรียกว่า Asymptotic freedom ในทางตรงกันข้าม เมื่อคว๊ากพยายามที่จะเคลื่อนที่ออกจากกัน แรงที่ดึงดูดระหว่างอนุภาคจะมีค่ามากขึ้น ยิ่งห่างกันมากขึ้นไปเท่าไหร่แรงก็จะเพิ่มมากขึ้นเป็นทวีคูณ (คุณสมบัตินี้อาจเปรียบเทียบได้เหมือนกับว่าคว๊ากแต่ละตัวผูกติดกันด้วยหนังยาง ยิ่งอยู่ห่างกันแรงยืดของสปริงหรือหนังยางก็จะมีค่ามากขึ้น) ในขณะที่แรงธรรมชาติชนิดอื่นๆ เช่นแรงดึงดูดระหว่างมวล จะมีขนาดความแรงมากขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ใกล้กัน แต่จะอ่อนแรงลงเมื่อวัตถุอยู่ห่างกันออกไป



ในปี พ.ศ. 2515-16 ทั้งนักฟิสิกส์สามคนได้อธิบายปรากฏการณ์ Asymptotic freedom โดยอาศัยแนวความคิดที่มีอยู่ก่อนหน้านั้นแล้วว่า อนุภาคคว๊ากมีประจุพิเศษที่เรียกว่า “สี” แรงดึงดูดระหว่างคว๊ากนั้นเกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคกาวที่เรียกกันว่า กลูออน (glouon) ระหว่างอนุภาคที่มีประจุสีเหล่านี้



ทั้งสามได้สร้างโมเดลทางคณิตศาสตร์โดยทำการประยุกต์ทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum field theory) และสมมาตรของประจุสีเหล่านี้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ Asymptotic freedom และได้ผลสอดคล้องเป็นอย่างดีกับการทดลอง และต่อมา ทฤษฎีสนามควอนตัมที่ประยุกต์เข้ากับแนวคิดเรื่องกลูออน และประจุสี ก็ได้พัฒนาต่อมาเป็นทฤษฎี Quantum Chromodynamics ในเวลาต่อมา (Chromoแปลว่าสี)



รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปีนี้ได้ประกาศให้กับ นักฟิสิกส์ทั้งสามคน เนื่องจากพวกเขาสามารถอธิบายพบปรากฏการณ์ Asymptotic freedom ได้ ซึ่งเป็นผลงานที่ตีพิมพ์ในปี 1973 (พ.ศ. 2516) ในขณะนั้น David Gross อายุประมาณ 30 ต้นๆ ส่วน Frank Wilczek เป็นนักเรียนปริญญาเอกภายใต้การดูแลของ David Gross ในเวลานั้น และมีอายุเพียงแค่ 21ปีเท่านั้น (Frank Wilczek เป็นลูกศิษย์คนแรกของ David Gross ทั้งคู่ทำงานวิจัยเรื่องนี้ด้วยกัน) ส่วน David Politzer ในขณะนั้นก็ยังเป็นนักเรียนปริญญาเอกอยู่เช่นเดียวกับ Wilczek แต่ไม่ได้ทำงานร่วมกันกับสองคนแรก


ข้อมูลเพิ่มเติมจาก


http://nobelprize.org/physics/laureates/2004/press.html
http://nobelprize.org/physics/laureates/2004/public.html



ชมวีดีโอ และบทสัมภาษณ์ การประกาศผลรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2004 โดยเลขานุการของ the Royal Swedish Academy of Sciences และคณะกรรมการพิจารณา ได้จาก


http://nobelprize.org/physics/laureates/2004/announcement-interview.ram