คนรักฟิสิกส์

08/06/2026

อนุภาคที่มาจากดาวพฤหัสบดี

ชวนรู้จัก Jovian Electrons อนุภาคพลังงานสูงจากดาวพฤหัสบดี หนึ่งในเป้าหมายวิจัยของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ไทย CE-7 MATCH ในภารกิจฉางเอ๋อ 7

“Jovian electrons” หรือ “อิเล็กตรอนจากดาวพฤหัสบดี” คือ อนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่มีต้นกำเนิดมาจากสนามแม่เหล็กอันทรงพลังของดาวพฤหัสบดี อนุภาคเหล่านี้ถูกปลดปล่อยกระจายออกสู่อวกาศและส่วนหนึ่งได้พุ่งกลับเข้ามายังระบบสุริยะชั้นในจนกระทั่งถึงโลก
นักดาราศาสตร์พบว่า อิเล็กตรอนเหล่านี้เกิดจากซัลเฟอร์ และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่มาจากการปะทุของภูเขาไฟบนดวงจันทร์ไอโอ บริวารของดาวพฤหัสบดีที่ยังมีกิจกรรมทางธรณีวิทยา ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าที่มีภูเขาไฟรุนแรงที่สุดในระบบสุริยะ แก๊สเหล่านี้จะพุ่งสูงจากพื้นและกลายเป็นบรรยากาศของดวงจันทร์ไอโอ
แก๊สซัลเฟอร์ในบรรยากาศของดวงจันทร์ไอโอจะถูกกระตุ้น และแตกตัวโดย 3 กลไกหลัก ได้แก่ โฟตอนพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์พุ่งชน อิเล็กตรอนพลังงานสูงจากสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีพุ่งชน และการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างไอออนกับอะตอมภายในบรรยากาศของดวงจันทร์ไอโอเอง
จากกลไกทั้งสามนี้ทำให้อิเล็กตรอนจากแก๊สซัลเฟอร์แตกตัวออกมาเป็น “พลาสมา” และถูกสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีดึงเอามากักไว้ ให้หมุนวนรอบตัวดาว เรียกว่า “วงแหวนพลาสมาไอโอ” (Io plasma torus) ซึ่งเจ้าสิ่งนี้คือต้นกำเนิดของ Jovian electrons
สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีจะเร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานสูงในระดับกิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (KeV) ถึงระดับเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) โดยมีลักษณะการหมุนเป็นเกลียวรอบเส้นสนามแม่แหล็ก และปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมา เรียกว่า “cyclotron radiation” และหากความเร็วของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนเข้าใกล้ความเร็วแสงจะถูกเรียกว่า “synchrotron radiation” ซึ่งสามารถปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบของคลื่นวิทยุได้
Jovian electrons ที่มีความเร็วเข้าใกล้แสง จะเดินทางตามแนวเส้นสนามแม่เหล็กในเขตสุริยมณฑล (heliosphere) โดยสนามแม่เหล็กนี้มีรูปร่างเป็นเกลียว เรียกว่า “Parker spiral” ซึ่งเกิดจากการที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ถูกพัดออกมาโดยลมสุริยะ ในขณะเดียวกันดวงอาทิตย์เองก็หมุนรอบตัวเองไปด้วย ทำให้เส้นสนามแม่เหล็กเกิดการโค้งและบิด กลายเป็นเกลียวพุ่งออกมา และมีการหมุนวนไปรอบ ๆ ภายในพื้นที่ขอบเขตของระบบสุริยะ
Parker spiral จะทำหน้าที่ในการดึงเอา Jovian electrons จากดาวพฤหัสบดีให้หมุนวนกลับมายังระบบสุริยะชั้นใน ทำให้อนุภาคนี้สามารถพุ่งเข้ามายังโลกได้ โดยนักดาราศาสตร์ถือว่าความเข้มของอนุภาคจาก Jovian electrons เป็นค่าคงที่ ทว่าปริมาณของอิเล็กตรอนที่เดินทางมาถึงโลกไม่ได้คงที่ตลอดเวลา แต่จะมีการแปรผันเป็นคาบที่ชัดเจน โดยจะมีความเข้มสูงสุดประมาณทุก ๆ 13 เดือน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่โลกและดาวพฤหัสบดีโคจรมาอยู่ในตำแหน่งที่เส้นสนามแม่เหล็ก Parker spiral เชื่อมต่อกันโดยตรง
อย่างไรก็ตาม บนพื้นโลกเราไม่สามารถตรวจวัดอนุภาค Jovian electrons ที่มีพลังงานในระดับเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) ได้โดยตรง เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุจะถูกสนามแม่เหล็กโลกเบี่ยงเบนทิศทางและถูกชั้นบรรยากาศของโลกดูดกลืนไปจนหมด ในทางกลับกันรังสีคอสมิกที่มาจากกาแล็กซีจะมีพลังงานสูงกว่ามากอยู่ในระดับจิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) จึงสามารถทะลวงชั้นบรรยากาศลงมาสร้างอนุภาคทุติยภูมิ อาทิ มิวออน อิเล็กตรอน และโพซิตรอน หรือแกรมมา ให้เราวัดบนพื้นโลกได้ ดังนั้น การศึกษา Jovian electrons จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่บนดาวเทียมหรือยานอวกาศภายนอกโลก
รังสีคอสมิกมีที่มาจากกาแล็กซีหรือวัตถุในห้วงอาวกาศลึก (Galactic Cosmic Rays: GCRs) จะเปรียบเสมือนรังสีพื้นหลังของอวกาศเนื่องจากจะเข้ามาพร้อมกันในทุกทิศทาง ส่วนอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากดวงอาทิตย์ (Solar Energetic Particles: SEPs) ส่วนใหญ่จะพบในรูปของโปรตอนที่ถูกเร่งความเร็วอย่างฉับพลันจากกิจกรรมบนดวงอาทิตย์ เช่น การปะทุอย่างรุนแรง หรือความแปรปรวนของบรรยากาศดวงอาทิตย์ ทำให้คาดเดาได้ยาก ในขณะที่ Jovian electrons จะเป็นอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่มีความเร็วเข้าใกล้แสงมีต้นกำเนิดมาจากดาวพฤหัสบดี อนุภาคจากทั้งสามแหล่งนี้ได้มาพบกันยังตำแหน่งของโลกและดวงจันทร์ ถือว่าเป็นจุดตัดอันแสนซับซ้อนของสภาพแวดล้อมทางรังสี
ความน่าสนใจและความท้าทายที่มาพร้อม ๆ กันก็คือ อนุภาคจากทั้งสามแหล่งนี้มีระดับพลังงานและพฤติกรรมในอวกาศที่คาบเกี่ยวกัน ทำให้ Jovian electrons จากดาวพฤหัสบดีกลายเป็นสัญญาณพื้นหลังที่เข้าไปผสมปะปนกับข้อมูลรังสีคอสมิกชนิดอื่น ๆ การศึกษาพฤติกรรมจากอนุภาคเหล่านี้เพื่อทำการแบ่งแยกจึงเป็นไปได้ยาก
ปรากฏการณ์สำคัญที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจคือ เมื่อเกิดพายุสุริยะและมีการพ่นก้อนมวลสารออกมาจากชั้นโคโรนา (CMEs) สนามแม่เหล็กที่ปั่นป่วนของมันจะทำหน้าที่เสมือนเป็นกำแพงแม่เหล็กเคลื่อนที่ขนาดยักษ์คอยขัดขวาง กระเจิง และปิดกั้นเส้นทางการเดินทางของรังสีคอสมิกที่มาจากกาแล็กซี (GCRs) รวมถึงสัญญาณของ Jovian electrons ส่งผลให้อัตราการตรวจพบอนุภาคทั้งสองชนิดนี้ที่ลดลงอย่างเฉียบพลันชั่วคราวในขณะที่พายุสุริยะเคลื่อนผ่าน
ปรากฏการณ์ที่รังสีคอสมิกแปรผันลดลงชั่วคราวเนื่องจากพายุสุริยะนี้เรียกว่า “Forbush decrease” แต่ในขณะเดียวกัน พายุสุริยะลูกนั้นกลับเร่งอนุภาค SEPs พลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ให้มีจำนวนพุ่งขึ้นมาแทนที่อย่างกะทันหัน ทำให้สภาพรังสีรอบดวงจันทร์มีความปั่นป่วนและท้าทายระบบรับสัญญาณของยานอวกาศอย่างมาก นักดาราศาสตร์จึงจำเป็นต้องเข้าใจธรรมชาติของ Background เหล่านี้อย่างถ่องแท้เพื่อไม่ให้เกิดความผิดพลาดในการประเมินความรุนแรงของพายุสุริยะ
ในโครงการสถานีวิจัยนานาชาติบนดวงจันทร์ (International Lunar Research Station: ILRS) นำโดยสาธารณรัฐประชาชนจีน ประเทศไทยมีส่วนร่วมในโครงการนี้ผ่านอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพอวกาศ “CE-7 MATCH” (Chang’E-7 Moon-Aiming Thai-Chinese Hodoscope) ซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์วิจัยวิทยาศาสตร์ที่จะติดตั้งบนยานโคจรรอบดวงจันทร์ของภารกิจฉางเอ๋อ 7 ออกแบบและพัฒนาโดย NARIT ร่วมกับ มหาวิทยาลัยมหิดล เพื่อตรวจวัดรังสีคอสมิก หรืออนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศ รวมถึงศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจปริมาณรังสีต้นกำเนิด และกระบวนการเกิดรังสีที่อาจจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ในการตั้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์ โดยมีกำหนดปล่อยขึ้นสู่อวกาศในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2569 ที่กำลังจะถึงนี้
CE-7 MATCH ถือเป็นอีกหนึ่งอุปกรณ์ตรวจวัดรังสีคอสมิกที่สำคัญ โดยสามารถแยกแยะชนิดของอนุภาคและบอกได้ว่า อนุภาคพลังงานสูงที่ตรวจวัดได้นั้น มีทิศทางมาจากที่ไหน และแหล่งกำเนิดใด ไม่ว่าจะเป็นรังสีคอสมิกจากกาแล็กซี อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ หรือสัญญาณรบกวนพื้นหลังอย่าง Jovian electrons ที่มาจากดาวพฤหัสบดี
เรียบเรียง : อดิศักดิ์ สุขวิสุทธิ์ - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.
อ้างอิง :
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_torus
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac75ce
[3] https://link.springer.com/article/10.12942/lrsp-2013-5?utm_source=chatgpt.com
[4] https://www.facebook.com/NARITpage/posts/pfbid0319JrkqHwRnsrXBY7D5j72ZYZVuF51Hzv9LzfgUMgoQ1HNCM4UY4YtkS1F2g3Joyjl
[5] https://www.facebook.com/NARITpage/posts/pfbid0RmEVJPtcZgJNPVQn1zPqCUHESyffdbN7HFnLkF5TywWaRLrqFbdcWGWH5kfSDBSol

16/05/2026

09/05/2026

ฟิสิกส์ไม่ได้มีแค่ “สูตร”
แต่มันคือสกิลของคนที่อยากเข้าใจโลกให้ลึกกว่าเดิม

ถ้าคุณเป็นคนที่ชอบตั้งคำถามว่า
“ทำไมมันถึงเป็นแบบนี้?”
“เราจะวัด คิด วิเคราะห์ และอธิบายมันได้อย่างไร?”
หรืออยากเรียนสายวิทย์ที่ต่อยอดได้ทั้ง Data, Tech, Lab, Research และ Innovation

มาเจอกันที่นี่ 🚀

วท.บ. สาขาวิชาฟิสิกส์
คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน

ที่นี่ไม่ได้เรียนแค่ทฤษฎี
แต่ได้ลงมือทดลองจริง ใช้เครื่องมือจริง คิดวิเคราะห์จริง
และต่อยอดความรู้ไปได้หลายทางกว่าที่คิด

🔬 ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและการคำนวณ
🔥 วัสดุศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี
⚡ ฟิสิกส์พลังงานทางเลือก
🧪 ฟิสิกส์ทดลองและเครื่องมือวิทยาศาสตร์
💻 Data / Coding / เทคโนโลยี
🚀 ฟิสิกส์ประยุกต์และนวัตกรรม
🌱 บรรยากาศกำแพงแสน เรียนใกล้ชิดธรรมชาติ

จบแล้วไปต่อได้หลายเส้นทาง
นักวิจัย | นักวิทยาศาสตร์ | วิศวกร | ครู/อาจารย์ | Data & Tech | งานอุตสาหกรรมและนวัตกรรม

𝐓𝐂𝐀𝐒𝟔𝟗 รอบ 𝟑 𝐀𝐝𝐦𝐢𝐬𝐬𝐢𝐨𝐧
📌 รับ 37 คน
📊 ใช้คะแนน TGAT
🗓 สมัครวันที่ 6–12 พฤษภาคม 2569
⚡ ข้อมูลรายละเอียดการรับสมัครเพิ่มเติมที่ https://course.mytcas.com/programs/10020222212701A
🌐 สมัครผ่าน http://www.mytcas.com

ถ้าคุณอยากเป็นคนที่ “เข้าใจโลก” มากกว่าแค่ “ใช้ชีวิตบนโลก”
มาเป็นเด็กฟิสิกส์ KU KPS ด้วยกัน

𝐏𝐡𝐲𝐬𝐢𝐜𝐬 𝐊𝐔 𝐊𝐏𝐒 — เปิดโลกวิทย์ให้กว้างกว่าเดิม

#ฟิสิกส์ #เกษตรกำแพงแสน #มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ #สายวิทย์ #เรียนฟิสิกส์

08/05/2026

13/04/2026

02/04/2026

มีใครเคยเห็น #กล้องดูดาว รูปทรงคล้ายปืนใหญ่ ที่มีโลโก NARIT ติดอยู่ตรงฐานกล้องบ้างครับ?

นี่คือ กล้องโทรทรรศน์แบบดอปโซเนียน ที่ NARIT ให้มอบให้กับโรงเรียนทั่วประเทศ พร้อมสื่อการเรียนรู้ดาราศาสตร์ รวมแล้วกว่า 710 แห่ง ภายใต้โครงการกระจายโอกาสการเรียนรู้ดาราศาสตร์ ซึ่งดำเนินมาอย่างต่อเนื่องกว่า 12 ปี

NARIT ออกแบบ สร้างและพัฒนากล้องโทรทรรศน์ ร่วมกับบริษัทผู้ผลิตคนไทย กล้องโทรทรรศน์แบบดอปโซเนียน ในโครงการกระจายโอกาสการเรียนรู้ดาราศาสตร์นี้ เป็นกล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง ใช้กระจกเว้าเป็นตัวรวมแสง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 10 นิ้ว ทางยาวโฟกัส 1,200 มิลลิเมตร กำลังขยายสูงสุด 250 เท่า เป็นกล้องคุณภาพสูง ใช้งานง่าย เหมาะสำหรับการใช้งานในโรงเรียน

สามารถใช้สังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าได้หลากหลาย อาทิ ดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ (ผ่านฟิลเตอร์ดูดวงอาทิตย์) รวมถึงวัตถุท้องฟ้าในห้วงอวกาศลึก เช่น กาแล็กซี เนบิวลา กระจุกดาว เป็นต้น มีอุปกรณ์เสริม อาทิ ชุดเลนส์ใกล้ตา อุปกรณ์เพิ่มกำลังขยายพิเศษ ฟิลเตอร์ดูดวงอาทิตย์ ฉากรับภาพสำหรับสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ทางอ้อม เลเซอร์ชี้ดาว และสามารถนำกล้องถ่ายภาพดิจิทัลมาเชื่อมต่อเพื่อบันทึกภาพวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ได้ ใช้เก็บข้อมูลทำโครงงานดาราศาสตร์ จัดกิจกรรม และเป็นสื่อการเรียนรู้ดาราศาสตร์ได้ (ภาพอุปกรณ์เสริม https://www.narit.or.th/th/index.php/dobsoniantelescopeforschool?bb1d8166-0=4&ba2eac13-1=1)

นอกจากนี้ NARIT ยังสนับสนุนการใช้งานอย่างต่อเนื่อง หากอุปกรณ์เกิดการชำรุดเสียหาย สามารถส่งซ่อมได้โดยไม่มีค่าใช้จ่าย เพื่อให้ครูและนักเรียนนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่ ทั้งในห้องเรียนและชุมชน

โครงการกระจายโอกาสการเรียนรู้ดาราศาสตร์ เริ่มดำเนินการครั้งแรกในปี พ.ศ. 2558 เพื่อเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ในโอกาสฉลองพระชนมายุ 60 พรรษา เพื่อสนับสนุนกล้องโทรทรรศน์แบบดอปโซเนียน พร้อมสื่อการเรียนรู้ดาราศาสตร์ ให้แก่โรงเรียนทั่วประเทศ สำหรับนำไปใช้ในการจัดการเรียนการสอนในห้องเรียน ให้ครูและนักเรียนนำไปจัดกิจกรรมสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าและปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่น่าสนใจ ต่อยอดสู่การทำโครงงานดาราศาสตร์ รวมถึงสร้างเครือข่ายการเรียนรู้ดาราศาสตร์ในโรงเรียนและชุมชน

สำหรับปี 2569 NARIT มีเป้าหมายมอบกล้องโทรทรรศน์และสื่อการเรียนรู้ดาราศาสตร์แก่โรงเรียน จํานวน 50 โรงเรียน กําหนดจัดพิธีมอบ พร้อมฝึกอบรมการใช้งานกล้องโทรทรรศน์และมอบสื่อการเรียนรู้ดาราศาสตร์ให้กับโรงเรียน ระหว่างวันที่ 22 - 24 พฤษภาคม 2569 ณ อุทยานดาราศาสตร์สิรินธร อําเภอแม่ริม และโรงแรมกรีนเลค รีสอร์ท อําเภอเมือง จังหวัดเชียงใหม่

------

โรงเรียนที่สนใจสมัครเข้าร่วมโครงการได้ตั้งแต่บัดนี้ ถึง 21 เมษายน 2569 ทาง https://www.narit.or.th/index.php/dobsoniantelescopeforschool สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม โทร. 088-5477834 หรือ 053-121-269 ต่อ 305 (ในวันและเวลาราชการ)

29/03/2026

เด็กไทยเราไม่ธรรมดานะ

10/03/2026

ทำไมจึงแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตไฟ LED สีน้ำเงิน… ทุกวันนี้เราก้มหน้ามองหน้าจอสมาร์ตโฟนและใช้ชีวิตอยู่ใต้แสงไฟที่มีสีสันสวยงามกันจนเป็นเรื่องปกติไปแล้ว แต่เบื้องหลังความสว่างเหล่านั้นมีเรื่องราวที่น่าสนใจซ่อนอยู่ครับ กว่าที่เทคโนโลยี ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode) หรือที่เราเรียกกันติดปากว่าหลอด LED สีน้ำเงินจะถือกำเนิดขึ้นมาได้ วงการวิทยาศาสตร์ต้องพุ่งชนเข้ากับกำแพงทางเทคโนโลยีที่หนาและสูงชันมานานหลายสิบปีแล้ว แม้โลกของเราจะประดิษฐ์หลอด LED สีแดงและสีเขียวได้สำเร็จมาตั้งแต่ยุค 1960 แล้วก็ตาม

ในมุมมองของฟิสิกส์ กลไกการเปล่งแสงของหลอดไฟพวกนี้เกิดขึ้นภายใน วัสดุกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ครับ อธิบายให้เห็นภาพคือ เมื่อเราไหลเวียนกระแสไฟฟ้าเข้าไป อนุภาคตัวเล็กๆ อย่างอิเล็กตรอนที่อยู่บนชั้นพลังงานสูงซึ่งเราเรียกว่าแถบการนำไฟฟ้า (Conduction Band) จะกระโดดตกลงมาหาที่นั่งว่างๆด้านล่างที่เรียกว่า โฮล (Hole) ในชั้นแถบเวเลนซ์ (Valence Band) จังหวะที่อิเล็กตรอนทิ้งตัวลงมานี่แหละครับที่มันจะคายพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปแบบของเม็ดแสงที่เราเรียกกันว่า โฟตอน (Photon) ความน่าสนใจคือ สีของแสงที่เรามองเห็นนั้นจะถูกกำหนดโดยระยะความห่างของชั้นพลังงานทั้งสองนี้ หรือที่ศัพท์ทางวิทยาศาสตร์เรียกว่า ช่องว่างแถบพลังงาน (Band Gap) ยิ่งชั้นพลังงานทั้งสองห่างกันมากเท่าไหร่ แสงที่ออกมาก็จะมีพลังงานสูงขึ้นตามไปด้วย และกุญแจสำคัญคือการจะสร้างแสงสีน้ำเงินออกมาให้ได้นั้น อิเล็กตรอนจำเป็นต้องกระโดดข้ามช่องว่างแถบพลังงานที่กว้างมากๆ ซึ่งการหาวัสดุที่ตอบโจทย์เงื่อนไขสุดหินนี้ได้ ถือเป็นความท้าทายระดับปราบเซียนในยุคนั้นเลยครับ
การตามหาวัสดุที่ใช่จึงกลายเป็นโจทย์ระดับโลกที่กินเวลายาวนานนับสิบปี ทำเอาบริษัทเทคโนโลยียักษ์ใหญ่หลายเจ้าพากันถอดใจและล้มเลิกโปรเจกต์ไปตามๆ กัน พอเข้าสู่ช่วงปลายทศวรรษ 1980 นักวิจัยระดับหัวกะทิส่วนใหญ่จึงเทความสนใจไปที่วัสดุที่ชื่อว่า ซิงค์ซีลีไนด์ (Zinc Selenide) แทน เพราะมันเอื้อต่อการสร้างโครงสร้างผลึกที่สมบูรณ์แบบได้ง่ายกว่ามาก แต่ในช่วงปี 1989 ชูจิ นากามูระ (Shuji Nakamura) วิศวกรจากบริษัทเคมีภัณฑ์เล็กๆ (Nichia Corporation) ในญี่ปุ่น กลับตัดสินใจเดินสวนทางกับคนทั้งโลก ด้วยการอุทิศเวลาให้กับ แกลเลียมไนไตรด์ (Gallium Nitride) วัสดุนอกสายตาที่วงการวิทยาศาสตร์ในตอนนั้นพากันส่ายหน้าหนี
สาเหตุหลักที่ไม่มีใครอยากยุ่งกับวัสดุชนิดนี้เป็นเพราะการสร้างสารกึ่งตัวนำจะต้องอาศัยการปลูกชั้นผลึกลงบนฐานรองรับ ซึ่งฐานที่ใช้กันคือ แซฟไฟร์ (Sapphire) ทว่าโครงสร้างการเรียงตัวของอะตอมระหว่างแกลเลียมไนไตรด์กับฐานแซฟไฟร์นั้นไม่เข้าล็อกกันอย่างรุนแรง เปรียบให้เห็นภาพก็คล้ายกับการพยายามเอาตัวต่อเลโก้คนละขนาดมาฝืนต่อเข้าด้วยกัน ผลลัพธ์ที่ตามมาคือชั้นผลึกเกิดการบิดเบี้ยวและเต็มไปด้วยรอยตำหนิหรือจุดบกพร่องทางโครงสร้างทะลุระดับหมื่นล้านจุดบนพื้นที่เพียงหนึ่งตารางเซนติเมตร ซึ่งรอยตำหนิปริมาณมหาศาลเหล่านี้จะเป็นตัวการสำคัญที่คอยดักจับและขัดขวางไม่ให้อิเล็กตรอนทำงานเพื่อเปล่งแสงออกมาได้สำเร็จ
เพื่อทะลวงผ่านกำแพงข้อจำกัดนี้ ในช่วงปี 1990 นากามูระได้ลงมือรื้อและดัดแปลงเตาอบผลึกหรือเครื่องจักรสำหรับการพอกพูนด้วยไอเคมีเชิงโลหะอินทรีย์ (Metal Organic Chemical V***r Deposition) หรือ MOCVD ด้วยตัวเอง เขาได้ออกแบบระบบใหม่โดยเพิ่มท่อพ่นก๊าซเฉื่อยลงมาในแนวดิ่งเพื่อกดทับก๊าซตั้งต้นให้ตกลงไปทำปฏิกิริยาบนฐานรองรับได้อย่างสม่ำเสมอ เทคนิคนี้ช่วยให้เขาสามารถสร้างชั้นผลึกแกลเลียมไนไตรด์ (Gallium Nitride) ที่เรียบเนียนสมบูรณ์แบบได้สำเร็จ จากนั้นในช่วงปี 1992 เขาต้องเผชิญกับอุปสรรคด่านถัดมาคือการสร้างสารกึ่งตัวนำชนิด พีไทป์ (p-type) ซึ่งจำเป็นต้องมีช่องว่างที่เรียกว่า โฮล (Hole) จำนวนมากเพื่อให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ ในเวลานั้นนักวิจัยระดับท็อปอย่าง อิซามุ อากาซากิ (Isamu Akasaki) และ ฮิโรชิ อามาโนะ (Hiroshi Amano) ได้ค้นพบวิธีการสร้าง พีไทป์ (p-type) นำหน้าไปก่อนแล้วด้วยการยิงลำแสงอิเล็กตรอนใส่สารที่เจือด้วย แมกนีเซียม (Magnesium) แต่วิธีดังกล่าวมีข้อจำกัดคือใช้เวลาทำงานนานและขยายสเกลการผลิตได้ยาก นากามูระได้ทำการทดลองจนค้นพบกลไกทางฟิสิกส์ที่แท้จริงว่า อะตอมของไฮโดรเจนที่หลุดรอดมาจากก๊าซแอมโมเนียในขั้นตอนการผลิต ได้เข้าไปจับตัวกับแมกนีเซียม (Magnesium) และอุด โฮล (Hole) เหล่านั้นเอาไว้จนหมด เขาจึงเปลี่ยนมาใช้วิธีการอบอ่อนด้วยความร้อน (Thermal Annealing) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศาเซลเซียสเพื่อขับไล่ไฮโดรเจนออกไป วิธีการนี้ไม่เพียงแต่คืนสภาพ โฮล (Hole) ให้กลับมาทำงานได้ตามปกติ แต่ยังเป็นกระบวนการที่ทำได้ง่ายและสามารถนำไปขยายผลเพื่อผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว
มาถึงด่านสุดท้ายที่หินไม่แพ้กัน นั่นคือการเร่งความสว่างให้เจิดจ้าพอที่จะนำไปใช้งานในชีวิตจริงได้ ในช่วงปี 1992 นากามูระได้ออกแบบโครงสร้างผลึกที่ซับซ้อนขึ้นไปอีกขั้น เปรียบเสมือนการสร้างแอ่งและกำแพงเพื่อดักจับอนุภาค เขาเลือกแทรก ชั้นแอกทีฟ (Active Layer) ที่ทำจากวัสดุ อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (Indium Gallium Nitride) เข้าไปตรงกลางเพื่อทำหน้าที่คล้ายหลุมดัก บีบต้อนให้อิเล็กตรอนและ โฮล (Hole) ไหลมารวมตัวและจับคู่กันให้ได้มากและมีประสิทธิภาพที่สุด แต่เนื่องจากอิเล็กตรอนมีพลังงานสูงและมักจะทะลักล้นออกจากหลุม เขาจึงแก้เกมด้วยการสร้างกำแพงล้อมรอบอีกชั้นด้วย อะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์ (Aluminum Gallium Nitride) เพื่อบล็อกไม่ให้อิเล็กตรอนเล็ดลอดหนีออกไป ผลลัพธ์จากการผสมผสานทางวิศวกรรมวัสดุอย่างแยบคายครั้งนี้ ทำให้โลกได้เห็นหลอด LED สีน้ำเงินที่มีความสว่างสูงและใช้งานได้จริงเป็นตัวแรกของโลก และความสำเร็จนี้เองที่ปูทางไปสู่การพลิกโฉมวงการแสงสว่างในเวลาต่อมา เมื่อมีการนำหลอด LED สีน้ำเงินไปเคลือบทับด้วยสารเรืองแสง ฟอสเฟอร์สีเหลือง (Yellow Phosphor) ในปี 1996 ซึ่งสารตัวนี้จะดูดซับแสงสีน้ำเงินบางส่วนแล้วเปล่งแสงย่านอื่นออกมาผสมรวมกัน จนกำเนิดเป็นหลอดไฟแสงสีขาวสว่างจ้าที่เราใช้ส่องสว่างกันทั่วบ้านทั่วเมืองมาจนถึงทุกวันนี้
ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ได้กลายมาเป็นรากฐานสำคัญให้กับหน้าจอสมาร์ตโฟน โทรทัศน์ และหลอดไฟตามบ้านเรือนในยุคปัจจุบัน ซึ่งช่วยให้โลกของเราประหยัดพลังงานไฟฟ้าและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกไปได้อย่างมหาศาล และด้วยผลงานที่สร้างคุณูปการอันยิ่งใหญ่จนสามารถเปลี่ยนวิถีชีวิตของผู้คนทั่วโลกไปตลอดกาลนี้เอง ในปี 2014 ชูจิ นากามูระ (Shuji Nakamura), อิซามุ อากาซากิ (Isamu Akasaki), และ ฮิโรชิ อามาโนะ (Hiroshi Amano) จึงได้รับการยกย่องสูงสุดด้วยการคว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ไปครองอย่างสมเกียรติครับ
[แหล่งอ้างอิง]
[1] Veritasium. (2024, February 8 ). Why It Was Almost Impossible to Make the Blue LED. YouTube.
[2] The Royal Swedish Academy of Sciences. (2014). Efficient blue light-emitting diodes leading to bright and energy-saving white light sources. Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2014.
[3] Nakamura, S., Mukai, T., & Senoh, M. (1994). High-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes. Applied Physics Letters, 64(13), 1687-1689.

#ฟิสิกส์ #วิทยาศาสตร์น่ารู้ #เทคโนโลยี #นวัตกรรมเปลี่ยนโลก ีน้ำเงิน #ความรู้รอบตัว #สรุปเรื่องยากให้เข้าใจง่าย #รางวัลโนเบล

19/12/2025

Telescope Types