ควอนตัมแสงปูทาง “ซูเปอร์คอมพ์-นาฬิกาอะตอม” คว้าโนเบลฟิสิกส์

เซิร์จ ฮารอช เมื่อปี 2009 และ เดวิด เจ.ไวน์แลนด์ ผู้ได้รับรางวัลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2012 (เวบไซต์โนเบล)

มอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ให้แก่ 2 นักวิทยาศาสตร์จากฝรั่งเศสและอเมริกา ผู้ทำวิจัยด้าน “ควอนตัมแสง” โดยได้พัฒนาวิธีควบคุมอนุภาคควอนตัมโดยไม่ทำลายคุณสมบัติเชิงควอนตัมของอนุภาคเหล่านั้น ซึ่งปูทางไปสู่การพัฒนานาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำสูง รวมถึงช่วยในการพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์

คณะกรรมการรางวัลโนเบลแถลงข่าว ณ ราชบัณฑิตสภาด้านวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) สตอกโฮล์ม สวีเดน เมื่อเย็นวันที่ 9 ต.ค.2012 ตามเวลาประเทศไทย ว่า มอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2012 ให้แก่งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับแสงและสสาร

สำหรับผู้ได้รับรางวัล คือ เซิร์จ ฮารอช (Serge Haroche) จากวิทยาลัยเดอ ฟรองซ์ เอกอล นอร์มาล ซูเพริเยอ (Collège de France and Ecole Normale Supérieure) ปารีส ฝรั่งเศส และ เดวิด เจ.ไวน์แลนด์ (David J. Wineland) จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีสหรัฐฯ (National Institute of Standards and Technology) หรือนิสต์ (NIST) ในโบลเดอร์ สหรัฐฯ ซึ่งมีงานวิจัยด้านควอนตัมแสง

ข้อมูลจากคณะกรรมการรางวัลโนเบล ระบุว่า นักฟิสิกส์ทั้งสองต่างพัฒนาวิธีในแบบฉบับของตัวเอง เพื่อทำการวัดและจัดการกับอนุภาคเดี่ยว โดยที่ยังคงรักษากลไกเชิงควอนตัมของอนุภาคไว้ด้วยวิธีที่เราไม่คาดคิดมาก่อน พวกเขาได้เปิดประตูไปสู่ยุคใหม่ของการทดลองเชิงควอนตัมฟิสิกส์ โดยทำให้เราสามารถสังเกตอนุภาคควอนตัมเดี่ยวได้โดยไม่ทำลายอนุภาคเหล่านั้น

ทั้งนี้ ต้องใช้ควอนตัมฟิสิกส์แทนกฎกลศาสตร์ฟิสิกส์ดั้งเดิม เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นกับอนุภาคเดี่ยวของแสงหรือสสารทั้งหมด แต่อนุภาคเดี่ยวนั้นไม่ได้แยกออกจากสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ง่ายๆ และยังสูญเสียคุณสมบัติเชิงควอนตัมเมื่อทำ “อันตรกริยา” กับโลกภายนอก ดังนั้น เราจึงไม่อาจสังเกตคุณสมบัติประหลาดๆ ที่ควอนตัมฟิสิกส์ทำนายไว้ได้โดยตรง และทำได้เพียง “การทดลองทางความคิด” (thought experiment) ซึ่งอาจจะแสดงปรากฏการ์ประหลาดเหล่านั้นออกมา

วิธีการทดลองในห้องปฏิบัติการของฮารอชและไวน์แลนด์ ทำให้เราสังเกตปรากฏการณ์ทางควอนตัมของอนุภาคเดี่ยวได้โดยตรงด้วยวิธีที่ไม่คาดคิดว่าจะทำได้ ซึ่งวิธีของพวกเขาได้ช่วยให้สามารถทดสอบ ควบคุมและนับจำนวนอนุภาคได้ ในส่วนของไวน์แลนด์นั้นดักจับอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า หรือไอออน แล้วควบคุมและวัดด้วยแสงหรือโฟตอน ส่วนฮารอชใช้วิธีตรงข้ามคือควบคุมและวัดโฟตอนหรืออนุภาคแสงที่ถูกดักจับไว้ด้วยการส่งผ่านอะตอมเข้าไปในอุปกร์ณดักจับ

“ผู้ทรงเกียรติทั้งคู่ได้ทำงานด้านควอนตัมแสง ด้วยการศึกษาอันตรกริยาพื้นฐานระหว่างแสงและสสาร ซึ่งเป็นสาขาที่มีความก้าวหน้ามากมาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 การค้นพบที่สำคัญของพวกเขานี้ได้ทำให้งานวิจัยด้านนี้ก้าวไปสู่การพัฒนาคอมพิวเตอร์แบบใหม่ที่มีความเร็วอย่างยิ่งยวดโดยอาศัยพื้นฐานควอนตัมฟิสิกส์ ซึ่งเป็นไปได้ว่า “ควอนตัมคอมพิวเตอร์” อาจเปลี่ยนชีวิตประจำวันของพวกเขาในศตวรรษนี้ เหมือนที่คอมพิวเตอร์รุ่นก่อนได้สร้างให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อศตวรรษที่แล้ว” เอกสารจากคณะกรรมการโนเบลระบุ

ทั้งนี้ คณะกรรมการรางวัลโนเบล ยังระบุอีกว่า งานวิจัยของฮารอชและไวน์แลนด์ยังนำไปสู่การสร้างนาฬิกาที่มีความเที่ยงตรงอย่างยิ่ง ซึ่งจะกลายเป็นพื้นฐานสำหรับมาตรฐานใหม่ของเวลา และจะมีความแม่นยำยิ่งกว่านาฬิกาอะตอมซีเซียมที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันกว่าถึง 100 เท่า

หลังประกาศรางวัลทางด้านฮารอชได้รับการติดต่อให้ตอบคำถามสื่อมวลชนระหว่างการแถลงข่าว ซึ่งเขาระบุว่าทราบว่าตัวเองได้รับรางวัลก่อนผู้สื่อข่าวเพียง 20 นาที โดยทันทีที่เห็นหมายเลขโทรศัพทย์จากสวีเดนเขารู้สึกตื่นเต้นอย่างท่วมท้น โดยบีบีซีนิวส์รายงานตามที่เขาเล่าว่า ได้รับโทรศัพท์ระหว่างเดินทางกลับบ้านพร้อมภรรยา และโชคดีว่าตอนนั้นอยู่ข้างถนนและกำลังเดินผ่านม้านั่งพอดี เขาจึงนั่งลงทันที

สำหรับฮารอชนั้นเป็นพลเมืองฝรั่งเศส เขาเกิดเมื่อปี 1944 ที่มอรอคโค และจบปริญญาเอกเมื่อปี 1971 จากมหาวิทยาลัยปิแยร์ เอต์ มารี กูรี (Université Pierre et Marie Curie) และปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์ที่วิทยาลัยเดอ ฟรองซ์ เอกอล นอร์มาล ซูเพริเยอ ปารีส ฝรั่งเศส ส่วนไวน์แลนด์นั้นเกิดในปี 1944 เช่นเดียวกัน และจบจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด (Harvard University) เมื่อปี 1970 ปัจจุบันทำงานที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยี (NIST) และมหาวิทยาลัยโคโรราโด (University of Colorado) สหรัฐฯ

ก่อนหน้านี้ คาดกันว่า ปีเตอร์ ฮิกกส์ (Peter Higgs ) ผู้ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคฮิกกส์โบซอน (Higgs boson) ซึ่งมีการประกาศการค้นพบ (ว่าที่) อนุภาคไปเมื่อเดือน ก.ค.ที่ผ่านมา จะได้รับรางวัลโนเบลในสาขานี้ แต่โดยประวัติสาสตรืของรางวัลนั้นมีแนวโน้มที่จะเชิดชูเกียรติแก่การค้นพบก็เมื่อเวลาได้ผ่านไปหลายปีแล้ว

ทั้งนี้ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีแรกนั้นมอบให้แก่ วิลเฮล์ม เรินต์เกน (Wilhelm Roentgen) จากเยอรมนี ในฐานะผู้ค้นพบรังสีเอ็กซ์ และปัจจุบันมีผู้ได้รับรางวัลสาขานี้แล้วทั้งหมด 194 คน ในจำนวนนี้มีผู้หญิงเพียง 2 คนที่ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์ คือ มารี คูรี (Marie Curie) เมื่อปี 1903 และ มาเรีย เกิบเพิร์ท-เมเยอร์ (Maria Goeppert-Mayer) เมื่อปี 1963
การทดลองของไวน์แลนด์ใช้อุปกรณ์ดักจับไอออน ซึ่งอนุภาคมีประจุจะถูกทดสอบด้วยแสง (บีบีซีนิวส์)