MENU
Banner

แสงกับรางวัลโนเบล ตอนที่ 19 | ค.ศ.1958 สำหรับการค้นพบและความเข้าใจปรากฏการณ์ Cherenkov

แสงกับรางวัลโนเบล
บทความ | ดร.ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร
นักวิจัยอาวุโส ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.)

หลายคนรู้จักและเคยเห็นการแพร่กระจายของคลื่นที่มีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมคล้ายกับส่วนหนึ่งของโบว์ของคลื่นน้ำที่เกิดจากเรือที่วิ่งด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วของคลื่นน้ำ (ตัวกลางที่เรือเคลื่อนที่อยู่) และ คลื่นเสียงกระแทก (Sonic boom) เมื่อเครื่องบินๆ ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วเสียงในอากาศ (Supersonic velocity) ที่ 1,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในมุมของคลื่นแสงเองก็เกิดปรากฏการณ์นี้ได้เช่นกัน และเป็นที่รู้จักกันในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ Cherenkov

Cherenkov
แสงสีฟ้าอ่อนที่เกิดจากการแผ่รังสีแบบ Cherenkov ในเตาปฏิกรณ์นิว-เคลียร์ (ที่มา : https://en.wikipedia.org )

จุดเริ่มต้นของปรากฏการณ์นี้อยู่ที่ปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนในช่วงเวลานั้นได้ให้ความสนใจ คือ ศึกษาว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อรังสีเรเดียมถูกดูดซับด้วยของเหลวที่แตกต่างกัน และพบว่าจะมีแสงสีฟ้าอ่อนเรืองออกมา ซึ่งขณะนั้นเชื่อว่าเป็นแสงฟลูออเรสเซนต์ แต่ Pavel Cherenkov ไม่เชื่อ แถมในช่วงปี ค.ศ. 1934-1937 เขายังพบว่าแสงสีฟ้าอ่อนที่เกิดขึ้นมานั้นไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ซึ่งแย้งกับทฤษฏีที่ใช้อธิบายถึงคุณสมบัติของแสงฟลูออเรสเซนต์

Cherenkov ยังพบอีกว่าโพลาไรเซชันในทิศทางการตกกระทบของรังสีเรเดียมจะก่อให้เกิด แสงสีฟ้าอ่อนๆ นี้ นอกเหนือจากคำอธิบายแล้ว สิ่งที่ขาดอยู่คือคณิตศาสตร์ที่ใช้ควบคู่ไปกับการอธิบายข้างต้น ซึ่ง Il´ja Frank และ Igor Tamm ได้ร่วมกันพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1937 โดยอาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษที่ Albert Einstein ได้วางรากฐานไว้

ผลงานวิจัยของทั้งสามคนทำให้ทราบอย่างชัดเจนว่าปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอย่างอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วเฟส (Phase velocity - vp) ของแสงในตัวกลางนั้น จะทำให้ตัวกลางนั้นปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา และแสงสีฟ้าอ่อนที่เรืองออกมาก็เป็นผลส่วนหนึ่งที่เกิดขึ้น ในสภาวะนี้เรียกได้อีกอย่างหนึ่งว่า Super-light velocity ซึ่งในปัจจุบันได้นำมาใช้ในการศึกษาเรื่องดัชนีหักเหของตัวกลางที่เป็นลบ วัสดุสังเคราะห์ที่เรียกว่า “Metamaterial” รังสีคอสมิค และ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ ซึ่งทำให้ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนี้

Cherenkov
เวกเตอร์แสดงความเร็วในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ความเร็วเฟสมีค่ามากกว่าความเร็วแสงในตัวกลางและทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกมาและเป็นไปตามปรากฏการณ์ Cherenkov

อนึ่ง เป็นที่เข้าใจกันว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ (c) มีค่าคงที่และวัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่มากกว่า c ไม่ได้ แต่เมื่อแสงเคลื่อนที่อยู่ในตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงเท่ากับ n ความเร็วของแสงจะลดลงเหลือ c/n ซึ่งเราเรียกความเร็วนี้ว่า ความเร็วเฟส ในกรณีนี้เราสามารถเร่งวัตถุให้มีความเร็วมากกว่าความเร็วเฟสนี้ได้

ประวัติย่อ : Pavel A. Cherenkov
แสงกับรางวัลโนเบล
Pavel A. Cherenkov นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย

Pavel A. Cherenkov เกิดในครอบครัวชาวนาที่เมือง Voronezh ในรัสเซีย เมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม ค.ศ. 1904 เขาจบการศึกษาจากคณะ Physio-Mathematical ของ Voronezh State University ในปี ค.ศ. 1928 จากนั้นได้เข้าทำงานเป็นเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์อาวุโสจนกระทั่งเป็นหัวหน้ากลุ่มที่ P. N. Lebedev Institute of Physics ในปี ค.ศ. 1940 ได้รับปริญญาเอก เขาได้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ทางด้านฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1953 และในปี ค.ศ. 1959 ได้รับผิดชอบห้องปฏิบัติการ Photo-Meson Process

ประวัติย่อ : Il´ja M. Frank
แสงกับรางวัลโนเบล
Il´ja M. Frank นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย

Il´ja M. Frank มีอายุอ่อนกว่า Cherenkov 4 ปี โดยเขาเกิดเมื่อวันที่ 23 ตุลาคม ค.ศ. 1908 ที่เมือง Leningrad บิดาของเขาที่เป็นศาสตราจารย์ทางด้านคณิตศาสตร์มีส่วนที่ทำให้เขาสนใจทางด้านวิทยาศาสตร์ เขาเข้าเรียนที่ Moscow State University และจบการศึกษาในปี ค.ศ. 1930 ต่อมาได้เข้าทำงานเป็นเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์อาวุโสในห้องปฏิบัติการของ A. N. Terenih ที่ State Optical Institute ในเมือง Leningrad ต่อมาในปี ค.ศ. 1934 ได้เข้าทำงานเป็นเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์ที่ P. N. Lebedev Institute of Physics จนกระทั่งได้เลื่อนตำแหน่งเป็นเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์อาวุโสและได้ดูแลห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์ฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1957 ได้เลื่อนตำแหน่งให้เป็นผู้อำนวยการของห้องปฏิบัติการนิวตรอน Frank มีความสนใจในเรื่อง Photoluminescence และ เคมีแสง

ประวัติย่อ : Igor Y. Tamm
แสงกับรางวัลโนเบล
Igor Y. Tamm นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย

Igor Y. Tamm ถือว่าเป็นคนที่อาวุโสที่สุดในบรรดาทั้งสามคน เขาเกิดเมื่อวันที่ 8 กรกฏาคม ค.ศ. 1895 ที่เมือง Vladivostok และก็เป็นอีกคนหนึ่งที่มีความชื่นชอบวิทยาศาสตร์โดยตรงจากบิดาที่เป็นวิศวกร ในปี ค.ศ. 1918 จบการศึกษาทางด้านฟิสิกส์จาก Moscow State University และเริ่มเข้าสู่เส้นทางอาชีพที่เกี่ยวข้องวิทยาศาสตร์โดยเริ่มไต่เต้าตั้งแต่ผู้ช่วยสอน อาจารย์ จนกระทั่งเป็นศาสตราจารย์ อีกสาเหตุหนึ่งที่เขาเลือกทำงานทางด้านวิทยาศาสตร์เนื่องจากเกิดความประทับใจระหว่างที่ได้ร่วมงานกับศาสตราจารย์ L. Mandelstam ตั้งแต่จบการศึกษาใหม่ๆ ในปี ค.ศ. 1934 ได้ถูกเลือกให้ดูแลฝ่ายทฤษฎีของ P. N. Lebedev Institute of Physics เขาถือว่าเป็นนักฟิสิกส์ที่โดดเด่นคนหนึ่ง และยังให้ความสนใจในหลากหลายด้าน เช่น คริสตัลออปติกส์ ทฤษฎีควอนตัมของแสง ทฤษฎีสัมพัทธภาพ และ อนุภาคนิวเคลียร์

แหล่งข้อมูล
  • Nobel Lectures in Physics 1942-1962, World Scientific Publishing, November 1998.
  • http://nobelprize.org , accessed Feb 2019.
  • http://en.wikipedia.org , accessed Feb 2019.
  • ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร, โฟโทนิกส์ มหัศจรรย์แห่งแสง, นานมีบุ๊คพับลิเคชัน, กรุงเทพฯ, กุมภาพันธ์ 2549.

บทความที่เกี่ยวข้อง

แสง รางวัลโนเบล Cherenkov การแผ่รังสีเชเรนคอฟ

วันที่เผยแพร่ 27 มิถุนายน 2562 09:00