ก่อนจะเข้าสู่เนื้อข่าว หลายคนอ่านจากรูปแล้วคงคิดว่า “การสะท้อน” “การหักเห” “แทรกสอด” “เลี้ยวเบน” ไม่ใช่คุณสมบัติของแสงหรือ เพราะแสงประพฤติตัวเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค
ลูกเพจเข้าใจถูกต้องแล้วครับ แต่สังเกตดี ๆ ว่าสมบัติทั้ง 4 ข้อนั้นเกิดจากการที่แสงไปกระทบ ทะลุผ่าน “#วัตถุหรือตัวกลาง” เช่น กระจกทึบ กระจกหนา น้ำ อากาศ บลา ๆ
แต่คุณสมบัติที่ผมกำลังพูดถึงนี้ คือ “คุณสมบัติของแสง” แบบเพียว ๆ ไม่ไปทำอันตรกิริยา หรือกระทบกระทั่งวัตถุชิ้นไหนเลย พูดถึงตัวของแสงล้วน ๆ งั้นเริ่มอ่านข่าวกันเลยครับ
ทีมนักวิจัยจากหลายสถาบันในประเทศสเปน รวมถึงสหรัฐอเมริกาได้ประกาศการค้นพบคุณสมบัติใหม่ของแสง นั่นก็คือ
มันสามารถหมุนวนรอบตัวเองได้
(เนื้อข่าวใช้สองคำ “Self – Torque” กับ “Vortex Beam” แสดงถึงการวนของแสง)
โดยการฉายแสงเลเซอร์ในย่านอัลตราไวโอเล็ตจำนวน 2 ลำด้วยกัน วิ่งผ่านกลุ่มแก๊สอาร์กอน (Argon Gas) เมื่อลำแสง Overlap หรือซ้อนทับกันจนกลายเป็นลำเดียว และทะลุผ่านแก๊สอาร์กอนไป จะเห็นลำแสงในลักษณะหมุนวน (Vortex Beam)
จากนั้นเมื่อลำแสงตกกระทบผิวเรียบ ได้ทิ้งร่องรอยเป็นรูปคล้ายจันทร์เสี้ยว (Crescent Moon) แสดงถึงว่าขณะเคลื่อนที่มาแสงมีการหมุนวนเหมือนกับเราใช้ที่เปิดไวน์หมุนที่จุกไม้คอร์ก
การค้นพบลำแสงมีการหมุนวน
ในปี 1992 มีการค้นพบว่าแสงสามารถมีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรได้ – Orbital angular momentum : OAM หรือขณะที่มันเคลื่อนที่จะมีการหมุนวนได้
ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และจะสังเกตปรากฏการณ์นี้ได้เฉพาะลำแสงมีปฏิกิริยากับสสารเท่านั้น
อ่านแล้วดูเหมือนไม่มีอะไรใหม่ใช่ไหมครับ แต่งานวิจัยของ Laura Rego และทีมได้ตีพิมพ์ในวารสาร Science กล่าวว่า
ลำแสงขณะเกิด OAM ทุกลำล้วนเป็นเกิดขึ้นแบบโดยธรรมชาติของมันได้เอง (มีความเป็น Static) หมายถึงว่ามันไม่ขึ้นอยู่กับว่าเราจะยิงลำแสงไปทำปฏิกิริยากับสสารหรือไม่ และเราเรียกคุณสมบัติของแสงอันใหม่นี้ว่า Self-torque” (อ้างจาก Abstract ของการวิจัยในส่วน Introduction)
เราสามารถพบคำว่า Self-Torque ได้ในหลายเรื่องในทางกายภาพตั้งแต่เรื่อง Electrodynamics ไปจนถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ไม่เคยมีรายงานว่าแสงสามารถแสดงคุณสมบัติหมุนวนได้ด้วยตัวเอง โดยไม่มีแรงภายนอกมาเกี่ยวข้อง (No External Forces)
ปกติ Torque จะเกิดขึ้นเมื่อมีแรงภายนอก (ในทีนี้ OAM ตามแนวคิดแบบดั้งเดิมเชื่อว่าพอแสงวิ่งไปกระทบกับสสาร สสารนั่นแหละที่ออกแรงกระทำต่อโฟตอนจนมันหมุนวน)
Self Torque เกิดขึ้นได้อย่างไร?
นักวิจัยได้ตั้งข้อสังเกตว่าสาเหตุที่ลำแสงไหลวนอาจเกิดจากโฟตอนตัวที่วิ่งนำหน้า โคจรรอบจุดศูนย์กลางช้ากว่าโฟตอนที่ด้านหลังของลำแสง จึงทำให้แสงเกิดคุณสมบัติที่เรียกว่า “Self-Torque” ซึ่งยังไม่เคยมีใครทำนายคุณสมบัตินี้มาก่อน
อุปกรณ์สื่อสารทุกวันนี้อาศัยการปรับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นักวิจัยเลยได้ไอเดียว่าในอนาคตอาจใช้การปรับโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรของแสง (Orbital Angular Momentum of light) หรือใช้การปรับอัตราการหมุนวนของแสง เป็นวิธีการใหม่สำหรับอุปกรณ์สื่อสารได้ในอนาคต อีกทั้งสามารถนำไปบังคับการจัดเรียงหรือทอโมเลกุลในระดับนาโน
ตื่นเต้นกับการค้นพบ อาจแปลผิดแปลถูก ไม่ถูกใจคำแปลไทยไหนแจ้ง Einstein@min ใน Comment ได้เลยครับ 😉
Sources:
[1] : New property of light discovered., phys.org, 2019
[2] : Generation of extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum., pnas.org, 2019
