มองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัม
ในโลกควอนตัม โมเลกุลเคลื่อนที่อยู่เสมอ และเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์สามารถจับภาพการเต้นของควอนตัมเล็กๆ เหล่านี้ได้โดยตรง และพวกเขาทำได้โดยการระเบิดพวกมันอย่างดี!
แม้ในสภาวะศูนย์องศาสัมบูรณ์ อนุภาคแต่ละอนุภาคจะสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีตำแหน่งที่แน่นอน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเคลื่อนที่ ณ จุดศูนย์ ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 7 สิงหาคมใน Science นักวิจัยที่ European XFEL ได้ควบคุมพฤติกรรมนี้สำหรับโมเลกุล 2-iodopyridine ซึ่งประกอบด้วยอะตอม 11 ตัว โดยการยิงโมเลกุลด้วยพัลส์เอกซ์เรย์สั้นๆ ที่ทรงพลัง ทีมงานได้สร้าง “บิ๊กแบงระดับจุลทรรศน์” ที่ช่วยให้พวกเขาสามารถติดตาม สร้างใหม่ และมองเห็นความผันผวนของควอนตัมของโมเลกุลได้อย่างถูกต้อง
“เราสามารถเห็นได้ว่าอะตอมไม่ได้สั่นสะเทือนเป็นรายบุคคลเท่านั้น แต่พวกมันสั่นสะเทือนในลักษณะที่สอดคล้องกัน ตามรูปแบบที่กำหนด” Till Jahnke ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา กล่าวใน แถลงการณ์ Jahnke นักฟิสิกส์จากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งมหาวิทยาลัย Goethe Frankfurt ในเยอรมนี กล่าวเพิ่มเติมว่า iodopyridine “มีชุดรูปแบบการสั่นสะเทือนที่แตกต่างกันถึง 27 แบบ” ซึ่งเป็นพฤติกรรมควอนตัมที่น่าสนใจที่ไม่สามารถอธิบายได้ในเชิงคลาสสิก
ทีมงานใช้เทคนิคที่เรียกว่า Coulomb Explosion Imaging ซึ่งยิงโมเลกุลด้วยรังสีเอกซ์เพื่อกำจัดอิเล็กตรอนออกจากโมเลกุลเป้าหมาย ทำให้โมเลกุลมีประจุเป็นบวกโดยรวม ทำให้ส่วนประกอบของอะตอมผลักกันและในที่สุดก็แตกกระจาย เครื่องมือพิเศษบันทึกรูปร่างและการเคลื่อนที่ของแต่ละส่วนที่แตกจากการระเบิดอย่างรวดเร็ว ซึ่งกินเวลา น้อยกว่าเฟมโตวินาที (หนึ่งในพันล้านล้านของวินาที)
จากบันทึก นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองการระเบิดเพื่อ “แสดงภาพ” การเคลื่อนที่ของโมเลกุล โดยยืนยันว่าสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ ณ จุดศูนย์ที่สัมพันธ์กันที่พวกเขาหวังว่าจะได้สังเกต
นอกเหนือจากการนำเสนอโลกควอนตัมที่จับต้องได้แล้ว ผลลัพธ์ใหม่นี้แสดงถึง “ลายนิ้วมือ” ของพฤติกรรมควอนตัมของอะตอม การใช้เทคนิคนี้เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับโมเลกุลอื่นๆ อาจเปิดช่องทางใหม่สำหรับนักฟิสิกส์ในการตรวจสอบโมเลกุลแต่ละโมเลกุลด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน นักวิจัยกล่าว
“ในอนาคต เทคนิคนี้สามารถใช้เพื่อศึกษาโมเลกุลที่ใหญ่กว่าได้ และภาพยนตร์ตามเวลาจริงของการเคลื่อนที่ภายในของพวกเขาก็เป็นไปได้แล้ว” Michael Meyer ผู้ร่วมเขียนการศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ที่ Hamburg Centre for Ultrafast Imaging ในเยอรมนี กล่าวใน แถลงการณ์ XFEL
“เป้าหมายของเราคือการก้าวข้ามการเต้นของอะตอมและสังเกตการเต้นของอิเล็กตรอนด้วย ซึ่งเป็นการออกแบบท่าเต้นที่เร็วกว่าอย่างมากและได้รับอิทธิพลจากการเคลื่อนที่ของอะตอมด้วย” Jahnke กล่าว “ด้วยอุปกรณ์ของเรา เราสามารถสร้างภาพยนตร์สั้นๆ เกี่ยวกับกระบวนการระดับโมเลกุลได้อย่างค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งเป็นสิ่งที่ครั้งหนึ่งไม่อาจจินตนาการได้”
มองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัม
การมองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัม เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามมานาน และความสำเร็จในครั้งนี้ถือเป็นก้าวสำคัญ
ทำไมการมองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัมถึงสำคัญ?
การมองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัม ช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมของโมเลกุลในระดับที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และอาจนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ในอนาคต
เทคนิคใหม่นี้ช่วยให้สามารถสร้างภาพยนตร์สั้น ๆ เกี่ยวกับกระบวนการระดับโมเลกุลได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นอย่างมากสำหรับวงการวิทยาศาสตร์ การมองอะตอมระเบิด เผยความลับควอนตัม ไม่ได้เป็นเพียงแค่การสังเกต แต่เป็นการเปิดประตูสู่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่