สถานะต่าง ๆ ของสสาร (state of matter) ที่เรารู้จักกันดีจากชั้นเรียนวิทยาศาสตร์และการอ่านข่าวสารของแวดวงฟิสิกส์ในอดีต ได้แก่ของแข็ง, ของเหลว, ก๊าซ, พลาสมา, และสสารในสถานะควบแน่น โบซ-ไอน์สไตน์ (Bose-Einstein Condensate - BEC)
.
แต่ล่าสุดทีมนักฟิสิกส์นานาชาติจากสหรัฐฯ และจีน ได้ค้นพบสสารในสถานะใหม่ ที่อาจเรียกได้ว่าเป็น “สถานะที่ 6” หากผ่านการตรวจสอบและรับรองความถูกต้องเรียบร้อยแล้ว
.
สถานะใหม่ของสสารนี้มีชื่อว่า “ของเหลวโบซแบบไครัล” (chiral Bose-liquid state) เป็นสถานะของสสารที่เกิดขึ้นในภาวะพิเศษสุดขั้วของระบบอนุภาคขนาดเล็กจิ๋ว ซึ่งก็คือสถานะแปลกพิสดารที่เกิดขึ้นในการทดลองกับโลกควอนตัมนั่นเอง
.
อันที่จริงแล้ว สถานะต่าง ๆ ของสสารก็คือการที่อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันในลักษณะที่แตกต่างกันออกไป เช่นการทำให้อะตอมหยุดนิ่งอยู่กับที่เท่ากับการสร้างของแข็ง แต่ถ้าเราปล่อยให้อะตอมไหลไปมาได้ นั่นจะเป็นการสร้างของเหลวหรือก๊าซขึ้น ส่วนการทำให้คู่ประจุไฟฟ้าของอนุภาคแยกตัวออกจากกันคือการสร้างพลาสมา
.
ทีมผู้วิจัยเผยถึงวิธีสร้างของเหลวโบซแบบไครัล ในรายงานที่ตีพิมพ์ลงวารสาร Nature ฉบับล่าสุดว่า พวกเขาสร้างระบบควอนตัมที่มีข้อจำกัดในตัวเอง (frustrated quantum system) ซึ่งหมายถึงมีการวางอุปสรรคขัดขวางไว้ภายในระบบ เพื่อไม่ให้อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างที่ควรจะเป็นในธรรมชาติ
.
จากนั้นมีการวางกลไกให้อิเล็กตรอน “เล่นเกมเก้าอี้ดนตรี” โดยใช้ตัวนำกึ่งยิ่งยวด 2 แผ่นประกบกัน แล้วปล่อยให้อิเล็กตรอนที่อยู่ตรงชั้นบนเคลื่อนผ่านรูเล็ก ๆ ที่ชั้นล่าง โดยจำนวนของรูที่เคลื่อนผ่านได้นี้มีน้อยกว่าจำนวนของอิเล็กตรอน
.
แผนภาพจำลองระบบควอนตัมที่มีข้อจำกัดในตัวเอง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เป็นผู้สร้างขึ้น
ผศ. ดร.ติกราน เซดรักยาน นักฟิสิกส์ชาวอาร์เมเนียผู้เชี่ยวชาญเรื่องสถานะควบแน่น ประจำมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ของสหรัฐฯ บอกว่า ระบบควอนตัมที่มีข้อจำกัดดังกล่าว ทำให้อิเล็กตรอนต้องแย่งชิงกันเข้าครอบครองตำแหน่งในรูเล็ก ๆ เพื่อให้เคลื่อนตัวผ่านไปได้ จึงเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคในรูปแบบที่แปลกใหม่ขึ้น
.
ดร.ตู้ หลิงเจี้ย นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยนานกิงของจีน หนึ่งในสมาชิกของทีมวิจัยอธิบายเพิ่มเติมว่า “ที่บริเวณขอบของตัวนำกึ่งยิ่งยวด อิเล็กตรอนและรูดังกล่าวถือว่ามีความเร็วเท่ากัน ทำให้เกิดการไหลคล้ายเกลียววน ซึ่งเราสามารถปรับให้สถานะนี้ปรากฏชัดเจนขึ้นได้ ด้วยการควบคุมสนามแม่เหล็กจากภายนอกระบบ”
.
ทีมผู้วิจัยบอกว่า สสารในสถานะใหม่มีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการพัฒนาระบบเก็บรักษาข้อมูลของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพราะสามารถทำให้อิเล็กตรอนหยุดอยู่กับที่ในรูปแบบที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้ ทั้งยังมีทิศทางการหมุนที่แน่นอนในภาวะอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งอนุภาคอื่น ๆ หรืออิทธิพลของสนามแม่เหล็กจากภายนอก ไม่สามารถส่งผลกระทบใด ๆ ต่ออิเล็กตรอนของสสารในสถานะนี้ได้
ที่มา : BBC https://www.bbc.com/thai/articles/cl7kpvjeveyo
