รูบิเดียม (Rubidium) ธาตุที่ทำให้โลกรู้จักสถานะโบส-ไอน์สไตน์
สสารนั้นมีหลากหลายสถานะ ที่เรารู้จักคุ้นเคยกันดี คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส แต่มีอยู่สถานะหนึ่งที่แปลกประหลาดทั้งในแง่คุณสมบัติและมีที่มาที่ไป นั่นคือ สถานะควบแน่นโบส-ไอน์สไตน์ (Bose–Einstein condensate)
ราวร้อยปีก่อน สัตเยนทระ นาถ โบส (Satyendra Nath Bose) นักฟิสิกส์ชาวอินเดียส่งผลงานการค้นพบเชิงทฤษฎีกลศาสตร์สถิติเกี่ยวกับโฟตอน ไปให้อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อไอน์สไตน์ได้อ่านแล้วก็รู้สึกทึ่งและประทับใจ จนนำไอเดียของโบสไปต่อยอดขยายให้ใช้งานได้กว้างขวางขึ้นและยังใช้ทฤษฎีดังกล่าวทำนายสถานะใหม่ของสสารที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมากๆแล้วตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1924
Satyendra Nath Bose
อนุภาคของแก๊ส ที่อุณหภูมิปกติจะอยู่ห่างกันมาก แต่เมื่อมันเย็นจัด อะตอมเข้ามากองอยู่ในสถานะพื้นเดียวกัน พวกมันจะสูญเสียความแตกต่างระหว่างกันไปสิ้น ซึ่งเป็นสภาพประหลาดที่เราไม่มีวันได้เห็นในชีวิตประจำวัน สถานะของสสารดังกล่าวจึงถูกเรียกว่า สถานะควบแน่นโบส-ไอน์สไตน์ตามชื่อผู้ที่ทำนายการมีอยู่ของมัน
ซ้าย คือ สถานะโบส-ไอน์สไตน์ ที่อะตอมแก๊สลงมากองอยู่ในระดับพลังงานต่ำสุด
แต่การจะสร้างสภาวะเย็นจัดในระดับนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ต้องรอจนถึงปี ค.ศ. 1995 Eric Cornell และ Carl Wieman สองนักฟิสิกส์ได้ใช้เทคนิคสองขั้นหลักๆทำให้แก๊สรูบิเดียม-87 อยู่ในสถานะเย็นจัด
เริ่มจากการใช้เลเซอร์คูลลิง (Laser cooling) ทำให้แก๊สมีอุณหภูมิ 1 มิลลิเคลวิน การทดลองนี้จะใช้เลเซอร์ยิงใส่แก๊สจาก 6 ทิศทาง อะตอมแก๊สที่เคลื่อนที่เข้าหาลำเลเซอร์จะดูดกลืนแสงแล้วเคลื่อนที่ช้าลง จากนั้นจะเปล่งแสงนั้นกลับออกมาในทิศทางสุ่มๆ กระบวนการนี้เมื่อเกิดซ้ำไปมาจะทำให้อะตอมเคลื่อนที่ช้าลงๆ ซึ่งทำให้แก๊สมีอุณหภูมิต่ำลงนั่นเอง
Laser cooling
จากนั้นใช้ evaporative cooling โดย magnetic trap จะจับอะตอมแก๊สไว้โดยปล่อยให้อะตอมที่มีพลังงานสูงหลุดออกไปได้ ทำให้อุณหภูมิต่ำลงอีก จนถึง 20 นาโนเคลวิน
แต่ก่อนหน้านั้น พวกเขาสังเกตเห็นสถานะควบแน่นโบ-ไอน์สไตน์เมื่ออุณหภูมิของแก๊สต่ำในระดับ 170 นาโนเคลวิน การกระจายตัวของความเร็วแก๊สเข้ามากระจุกตัวอยู่ที่ค่าๆเดียวและเกิดเป็นสถานะควบแน่นโบส-ไอน์สไตน์ครั้งแรกของโลก
evaporative cooling
ไม่กี่เดือนต่อมาทีมนักฟิสิกส์นำโดย Wolfgang Ketterle ได้สร้างสถานะควบแน่นโบส-ไอน์ไตน์สำหรับอะตอมโซเดียมได้สำเร็จ ในปี ค.ศ. 2011 ส่งผลให้นักฟิสิกส์ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบดังกล่าว
แน่นอนว่ารูบิเดียมกลายเป็นแก๊สชนิดแรกที่อยู่ในสถานะโยส-ไอน์สไตน์ แต่มันยังมีประโยชน์ในงานวิจัยด้านอื่นๆด้วย เช่น การใช้ทำนาฬิกาอะตอม (ซึ่งจะเล่าให้ฟังอีกครั้งตอนกล่าวถึงธาตุซีเซียม) อีกทั้งรูบิเดียม-82 ยังใช้ในการทำ PET Scan ซึ่งใช้สำหรับตรวจเลือดที่ไปหล่อเลี้ยงกล้ามเนื้อหัวใจด้วย
PET scan ด้วยรูบิเดียม
ความสำคัญอีกเรื่องหนึ่งที่ต้องกล่าวถึง คือ รูบิเดียมนั้นเป็นธาตุสำคัญที่ใช้ในการตรวจหาอายุของหินและอุกกาบาต โดยประบวนการดังกล่าวเรียกว่า Rubidium–strontium dating ซึ่งจะเล่าใหฟังในครั้งถัดไปตอนกล่าวถึงธาตุสตรอนเชียม ครับ
ปิดท้ายด้วยเกร็ดเล็กน้อย
ชื่อของธาตุรูบิเดียมนั้น มาจากคำว่า rubidus ที่แปลว่าสีแดงเข้ม แต่ถ้าเราเห็นธาตุรูบิเดียมจะพบว่ามันเป็นโลหะสีเงินแวววาว ไม่ได้มีสีแดงเข้มแต่อย่างใด ชื่อของมันถูกตั้งสองนักเคมีชาวเยอรมัน Robert Bunsen และ Gustav Kirchhoff ผู้ค้นพบมันด้วยเทคนิค flame spectroscopy ซึ่งให้เส้นสีแดงโดดเด่นจนเป็นที่มาของชื่อธาตุชนิดนี้นั่นเอง
- 10
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
