นักวิทยาศาสตร์ สามารถใช้แสงเบรกอิเล็กตรอนได้เป็นครั้งแรก

ในการศึกษาเรื่องอิเล็กตรอนของนักวิทยาศาสตร์ ทำให้เราทราบว่าอิเล็กตรอนสามารถประพฤติตนเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาคดังนั้นในการที่มันเคลื่อนที่ไปตกกระทบหรือชนกับวัตถุย่อมเกิดการถ่ายเทพลังงานได้นอกจากนั้นแล้วนักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าหากเราทำการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอน จะทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนนั้นมีค่าลดลงเนื่องจากอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผลให้ตัวมันเคลื่อนที่ช้าลงในที่สุดนั่นหมายความว่าถ้าหากสามารถทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร่งที่มีค่ามากได้ อิเล็กตรอนก็จะเคลื่อนที่ช้าลงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานโดยทฤษฎีดังกล่าวเรียกว่า radiation reaction ซึ่งทฤษฎีนี้เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาด้านอนุภาคให้ความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นได้อยากในสภาวะปกติ เพราะในการเร่งความเร็วอิเล็กตรอนหรืออนุภาคใดๆขึ้นนั้นนักวิทยาศาสตร์จำเป็นที่จะต้องออกแบบสภาพแวดล้อมของการทดลองที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสูงมากๆขึ้นมาได้

เพื่อศึกษาทฤษฎี radiation reaction ทีมนักวิจัยจาก Imperial College London ได้ออกแบบการทดลองสำหรับตรวจวัดพลังงานของอิเล็กตรอนก่อนและหลังโดนเร่งความเร็วขึ้นมา โดยในการทดลองนักวิทยาศาสตร์จะทำการยิงลำแสงสองลำเข้าหากัน โดยแสงลำแรกจะเป็นลำแสงที่เกิดจากลำอิเล็กตรอนพลังงานสูง ส่วนอีกลำจะเป็นแสงเลเซอร์ที่มีความสว่างถึง 1 พันล้านล้านเท่าของความสว่างดวงอาทิตย์ ซึ่งการทดลองในครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์จำเป็นที่จะต้องทำการคำนวนและใช้เครื่องมือตรวจวัดที่มีความแม่นยำสูงมากๆ เนื่องจากการชนกันของลำแสงทั้งสองจะเกิดขึ้นในระยะเวลาเพียง 40 ในพันล้านล้านส่วนของวินาทีเท่านั้น (40 เฟรมโตวินาที)ซึ่งผลที่ได้หลังจากการชนกันของลำแสงทั้งสองเป็นไปตามที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการ นั่นก็คือพลังงานของอิเล็กตรอนก่อนการชนมีมากกว่าพลังงานของอิเล็กตรอนหลังการชน เนื่องจากการชนกันของลำแสงทั้งสองเปรียบเสมือนทำให้อิเล็กตรอนเกิดความเร่งในทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่และสูญเสียพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่สิ่งหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับมาโดยไม่ได้คาดหมายคืออิเล็กตรอนที่ถูกยิงด้วยแสงที่มีความสว่างหรือพลังงานมากดังที่ใช้ในการทดลองสามารถหยุดเคลื่อนที่ได้

การหยุดของอิเล็กตรอนที่ได้จากการทดลองมาโดยไม่ได้คาดหมายนี้ กลับให้ผลลัพธ์ที่แสนวิเศษกับนักวิทยาศาสตร์ที่ทำการศึกษากลศาสตร์ควอนตัม เนื่องจากการทดลองนี้ได้เป็นการช่วยสนับสนุนแบบจำลองทางทฤษฎีของนักฟิสิกส์ที่ยังไม่เคยทำการพิสูจน์มาก่อน แต่อย่างไรก็ตามถึงแม้การทดลองในครั้งนี้จะประสบความสำเร็จอย่างงดงามแต่นั่นก็ยังไม่เพียงพอที่จะตอบทุกคำถามชองนักวิทยาศาสตร์ เพราะพวกเขายังคงต้องทดสอบปรากฏการณ์นี้อีกต่อไปโดยทำการเพิ่มพลังงานของลำอิเล็กตรอนให้สูงขึ้นไปอีก เพื่อศึกษาว่ายังมีปรากฏการณ์อื่นๆที่ยังคงหลบซ่อนจากเราอยู่อีกไหม

อ้างอิง https://phys.org/news/2018-02-intense-laser-evidence-electrons.html
https://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=183332&CultureCode=en
เรียบเรียงโดย @MrVop