ปฏิกิริยาเคมี “เย็นยะเยือกที่สุดในจักรวาล” เผยให้เห็นโมเลกุลก่อตัวแบบสโลว์โมชั่น

ปฏิกิริยาเคมี “เย็นยะเยือกที่สุดในจักรวาล” เผยให้เห็นโมเลกุลก่อตัวแบบสโลว์โมชั่น – BBCไทย

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดของสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการทดลองสร้างปฏิกิริยาเคมีภายใต้ภาวะอุณหภูมิต่ำอย่างสุดขั้วที่ 500 นาโนเคลวิน ซึ่งนับว่าเย็นยะเยือกเสียยิ่งกว่าห้วงอวกาศระหว่างดวงดาว (Interstellar space) อันเป็นบริเวณที่อุณหภูมิต่ำสุดในจักรวาลหลายล้านเท่า

การทดลองดังกล่าวยังเฉียดเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์มากที่สุด เท่าที่เคยมีการบันทึกสถิติมา โดยนักวิทยาศาสตร์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ที่ยิงสวนกันในหลายทิศทาง ลดค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์หรืออุณหภูมิของโมเลกุลโพแทสเซียม-รูบิเดียม (KRb) จำนวน 2 โมเลกุลลงต่ำสุด จนทำให้ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่าง 2 โมเลกุลนี้ชะลอความเร็วลงอย่างมาก ซึ่งเปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตกระบวนการเกิดปฏิกิริยาเคมีตั้งแต่ต้นจนจบอย่างละเอียดชัดเจน ชนิดที่ไม่เคยได้เห็นกันมาก่อน

• แยกโมเลกุลน้ำสองชนิดออกจากกันสำเร็จครั้งแรกของโลก
• ผู้ร่วมคิดค้นพัฒนาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน คว้าโนเบลสาขาเคมี 2019
• พบความดันในโปรตอนสูงกว่าใจกลางดาวนิวตรอน 10 เท่า

โดยทั่วไปแล้ว เราจะไม่สามารถสังเกตการณ์ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในทุกขั้นตอนได้ เพราะจะเกิดขึ้นรวดเร็วในชั่วพริบตาที่ระดับเฟมโตวินาที (1/1,000,000,000,000,000 ) จนนักวิทยาศาสตร์ในอดีตทำได้อย่างมากเพียงสังเกตเห็นตอนเริ่มต้นและสิ้นสุดปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น

แต่ผลการทดลองในครั้งนี้กลับแตกต่างออกไป โดยโมเลกุล KRb ทั้งสองได้ทำปฏิกิริยากัน ผ่านการสลายและสร้างพันธะเคมีจนก่อตัวเป็นโมเลกุลชนิดใหม่คือ K2 และ Rb2 โดยความเร็วในการเกิดปฏิกิริยาเคมีลดลงนับล้านเท่า จากระดับเฟมโตวินาทีมาอยู่ในระดับไมโครวินาที ( 1 /1,000,000 ) ซึ่งถือว่าช้ามากพอที่กล้องเลเซอร์ความเร็วสูงจะบันทึกความเคลื่อนไหวของโฟตอน หรืออนุภาคของแสงจากปฏิกิริยาดังกล่าวเอาไว้ได้ทุกขณะ เปรียบเสมือนกับผู้สังเกตการณ์ได้ดูภาพเคลื่อนไหวช้าหรือสโลว์โมชั่น

อย่างไรก็ตาม วิทยาการล่าสุดยังไม่สามารถสร้างภาวะอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ หรือ 0 เคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดในทางทฤษฎีขึ้นเองได้ เคยเชื่อกันว่าในภาวะศูนย์สัมบูรณ์อะตอมจะหยุดการเคลื่อนไหวลงอย่างสิ้นเชิง เนื่องจากไม่มีพลังงานจลน์ แต่ในปัจจุบันคาดว่าโมเลกุลของสสารต่าง ๆ ยังมีการสั่นในระดับต่ำที่สุดอยู่ในภาวะดังกล่าว

มีการตีพิมพ์รายงานการทดลองข้างต้นในวารสาร Science โดยทีมนักเคมีของฮาร์วาร์ดระบุว่า ความสำเร็จในการสร้างปฏิกิริยาเคมีที่ภาวะอุณหภูมิต่ำสุดขั้วนี้ อาจจะนำไปประยุกต์ใช้ในการควบคุมหรือปรับเปลี่ยนระดับพลังงานขณะเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ตามต้องการ ซึ่งจะช่วยในการคิดค้นวัสดุล้ำยุคชนิดใหม่ ๆ หรือพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ได้