ข่าวสาร

แสงกับรางวัลโนเบล ตอนที่ 9 | ค.ศ.1917 สำหรับการค้นพบคุณสมบัติเชิงอนุภาคของรังสีเอ็กซ์

Facebook
Twitter
แสงกับรางวัลโนเบล

ในปี ค.ศ. 1897 Georges Sagnac ค้นพบว่าเมื่อรังสีเอ็กซ์ตกกระทบลงบนวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ ก็ตาม จะมีรังสีอีกชนิดหนึ่งถูกปลดปล่อยออกมา รังสีชนิดใหม่นี้แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท รังสีประเภทแรกมีคุณสมบัติเป็นอนุภาคคล้ายกับรังสีคาโทด ส่วนรังสีประเภทที่สองมีคุณสมบัติคล้ายรังสีเอ็กซ์ และรังสีประเภทที่สองนี้เองที่ Charles G. Barkla ได้ศึกษาและค้นพบว่ารังสีเอ็กซ์ใหม่นี้ยังแบ่งออกได้อีก 2 ลักษณะ รังสีเอ็กซ์ลักษณะแรกจะมีคุณสมบัติเหมือนกับรังสีเอ็กซ์ที่ตกกระทบลงบนวัตถุทุกประการ สิ่งสำคัญที่พบสำหรับรังสีเอ็กซ์ลักษณะแรก คือ ทิศทางของโพลาไรเซชันของรังสีเอ็กซ์ที่ได้ใหม่นี้จะตั้งฉากกับทิศทางของโพลาไรเซชันของรังสีเอ็กซ์ที่ตกกระทบวัตถุ นอกจากนี้ปริมาณของรังสีเอ็กซ์ที่ได้จะขึ้นอยู่กับทิศทางของรังสีเอ็กซ์ที่ตกกระทบลงบนวัตถุ ซึ่งความสำคัญข้อหลังนี้ช่วยให้ประมาณจำนวนของอิเล็กตรอนในอะตอมของวัตถุได้

แสงกับรางวัลโนเบล
ตัวอย่างค่าความยาวคลื่นของรังสีเอ็กซ์ในหน่วยนาโนเมตรของอนุกรม K สำหรับวัสดุต่างๆ

ในขณะที่รังสีเอ็กซ์ลักษณะที่สองจะมีความแตกต่างจากรังสีเอ็กซ์ที่ตกกระทบลงบนวัตถุ โดยปริมาณของรังสีเอ็กซ์ลักษณะที่สองจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของอะตอมในวัตถุนั้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุ สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่ง คือ รังสีเอ็กซ์ชนิดนี้จะไม่มีความเป็นโพลาไรเซชัน และ จะกระเจิงไปทุกทิศทุกทาง ซึ่ง Charles G. Barkla ได้พบว่า รังสีเอ็กซ์ใหม่นี้ เกิดจากอะตอมรับรังสีเอ็กซ์ที่เคลื่อนที่ตกกระทบเข้าไปแล้วปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ที่พบใหม่นี้ออกมา ผลการค้นพบนี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาคุณสมบัติภายในอะตอมด้วยรังสีเอ็กซ์ได้อย่างลึกซึ้งมากขึ้น Charles G. Barkla ยังพบอีกว่ารังสีเอ็กซ์มีคุณสมบัติคล้ายแสงทั่วไป

นอกจากนี้ Charles G. Barkla ยังได้พบอีกว่าเมื่อรังสีเอ็กซ์ตกกระทบลงบนวัตถุจะเกิดการเรืองแสงของรังสีเอ็กซ์ออกมา ซึ่งแบ่งเป็นรังสีในอนุกรม K (K Series) และ อนุกรม L (L Series) โดยการเรืองของรังสีในอนุกรมเดียวกันจะมีความสัมพันธ์เป็นแบบเชิงเส้นกับน้ำหนักของอะตอมของธาตุที่ปล่อยรังสีนี้ออกมา Charles G. Barkla ยังเป็นบุคคลแรกๆ ที่ได้สาธิตให้เห็นถึงการหักเหของรังสีเอ็กซ์ด้วย

แสงกับรางวัลโนเบล
การเปลี่ยนระดับวงโคจรของอิเล็กตรอนอันเนื่องมาจากรังสีเอ็กซ์ตกกระทบก่อให้เกิดรังสีเอ็กซ์ที่เรืองแสงออกมา (ภาพจาก https://amptek.com/xrf/ )

นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งที่มีส่วนสำคัญในการศึกษารังสีเอ็กซ์ในอนุกรม K และ L คือ Henry Moseley ซึ่งค้นพบเส้นสเปกตรัมอีกสองเส้นในอนุกรม K และ อีกสี่เส้นในอนุกรม L ทั้งยังได้สร้างสมการคณิตศาสตร์ที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของคลื่น (ตำแหน่งของเส้นสเปกตรัม) กับเลขอะตอม (Atomic number) ที่นำมาใช้อธิบายถึงจำนวนประจุบวกในนิวเคลียสของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบๆ ภายหลังต่อมาได้มีการค้นพบชั้น M, N, O และ P เพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Henry Moseley ถึงแก่กรรมไปก่อน ทำให้เขาไม่ได้รับรางวัลอันทรงเกียรตินี้

ประวัติย่อ : Charles Glover Barkla
Charles Glover Barkla
Charles Glover Barkla นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ

Charles Glover Barkla เกิดที่ Lancashire สหราชอาณาจักรเมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม ค.ศ. 1877 จากความสนใจทางด้านฟิสิกส์จึงได้เข้าเรียนฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ที่ University College ที่ Liverpool ในปี ค.ศ. 1894 และจบการศึกษาในปี ค.ศ. 1898 ด้วยเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง และในปีถัดมาก็ได้รับปริญญาโทในสาขาเดียวกัน ในปี ค.ศ. 1899 ได้รับทุนเข้าร่วมวิจัยจาก Royal Commissioners ทำให้มีโอกาสเข้าทำงานกับ Joseph Thomson ที่ห้องปฏิบัติการ Cavendish ณ Trinity College งานวิจัยแรกๆ ที่สนใจเกี่ยวข้องกับความเร็วของคลื่นอิเล็กตรอนในสายไฟฟ้า และตั้งแต่ปี ค.ศ. 1902 เป็นต้นมาจึงเริ่มงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับรังสี Röntgen (รังสีเอ็กซ์ที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน) ช่วงปี ค.ศ. 1905-1909 เป็นช่วงที่ไต่เต้าจากคนสาธิตการทดลองขึ้นไปเป็นผู้ช่วยสอนทางด้านฟิสิกส์และเป็นอาจารย์พิเศษทางด้านไฟฟ้าขั้นสูง ในปึ ค.ศ. 1909 เข้ารับตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ University of London และในปี ค.ศ. 1913 เป็นประธานสาขาปรัชญาธรรมชาติที่ University of Edinburgh

นอกเหนือจากงานทางด้านวิชาการแล้ว Charles G. Barkla ยังสนใจเรื่องการร้องเพลง และได้เป็นสมาชิกของ King’s College Chapel Choir เขายังมีความสนใจในกีฬากอล์ฟอีกด้วย

แหล่งข้อมูล
  • Nobel Lectures in Physics 1901-1921, World Scientific Publishing, November 1998.
  • https://nobelprize.org, accessed Feb 2019.
  • https://en.wikipedia.org, accessed Feb 2019.
  • ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร, โฟโทนิกส์ มหัศจรรย์แห่งแสง, นานมีบุ๊คพับลิเคชัน, กรุงเทพฯ, กุมภาพันธ์ 2549.
  • https://amptek.com, accessed Nov 2018.

บทความที่เกี่ยวข้อง