ในโลกของฟิสิกส์ การทำความเข้าใจทวิภาวะคลื่น-อนุภาค (wave-particle duality) ของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ายังคงเป็นความท้าทาย แม้คลื่นวิทยุจะมีคุณสมบัติแบบอนุภาค แต่ก็ยากที่จะจินตนาการถึงมันได้ นักวิจัยจึงทำการสำรวจโดยใช้รังสีแกมมา ซึ่งเป็นรังสีพลังงานสูง เพื่อค้นหาคำตอบว่าการที่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็นก้อนๆ (quantization) นั้นเป็นคุณสมบัติโดยเนื้อแท้ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเอง หรือเกิดจากปฏิกิริยากับสสารกันแน่
เขาได้จัดตั้งห้องปฏิบัติการขนาดเล็ก โดยใช้เครื่องตรวจจับรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา Radiacode 110 ร่วมกับแคปซูลอะเมริเซียมจากเครื่องตรวจจับควันเก่าเป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมมา นอกจากนี้ยังสร้างกล่องตะกั่วเพื่อป้องกันรังสีพื้นหลังและใช้ Arduino ในการจับเวลาการตรวจจับอนุภาค ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการทดลอง
การทดลองแรกเป็นการตรวจสอบกฎกำลังสองผกผัน (inverse-square law) สำหรับรังสีแกมมา ซึ่งผลลัพธ์ก็เป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้ว่าความเข้มรังสีจะลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น
ส่วนการทดลองที่ซับซ้อนขึ้นคือการวัดความสัมพันธ์เชิงเวลาของการตรวจจับรังสี โดยใช้เครื่อง Radiacode สองเครื่อง ผลลัพธ์กลับไม่พบความสัมพันธ์ระหว่างรังสีที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดอะเมริเซียม แต่สิ่งที่น่าสนใจคือมีการพบความสัมพันธ์อย่างมากในรังสีพื้นหลัง ซึ่งเกิดจากรังสีคอสมิก
การทดลองสุดท้ายและเป็นส่วนสำคัญที่สุดคือการสาธิตการกระเจิงคอมป์ตัน (Compton scattering) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่รังสีแกมมาชนกับอิเล็กตรอนรอบนอกของอะตอม ทำให้รังสีเกิดการกระเจิงและสูญเสียพลังงาน นักวิจัยพบว่าเมื่อมุมระหว่างแหล่งกำเนิดรังสีกับแท่งกราไฟต์เพิ่มขึ้น พลังงานของรังสีที่ตรวจพบด้านหลังกราไฟต์จะลดลง ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎี
แม้ว่าการทดลองทั้งหมดนี้อาจจะยังไม่สามารถสรุปได้อย่างเด็ดขาด แต่การสาธิตการกระเจิงคอมป์ตันนี้นับเป็นหลักฐานที่หนักแน่นอย่างยิ่งที่บ่งชี้ว่าการรวมตัวของพลังงานเป็นก้อน (quantization) นั้นเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งช่วยตอกย้ำความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาล.
🏷️ หมวดหมู่: Science, gamma radiation, gamma ray, gamma ray detector, gamma ray spectroscopy, wave particle duality, x-ray, x-ray spectroscopy
🔗 อ่านบทความฉบับเต็ม: hackaday
