ไทยเจ้า 4 ในเอเชีย เปิดตัว ‘อิธเธอเบียม’ ธาตุตัวใหม่ของวงการ ‘นาฬิกาอะตอมเชิงแสงไอออน’ นักวิจัยชี้ มีความแม่นยำกว่า ‘ซีเซียม’ ที่ใช้ในปัจจุบัน
นาฬิกาอะตอมแห่งประเทศไทย นวัตกรรมขับเคลื่อนงานวิจัย เรื่องของ “เวลา” ที่เรารู้จักหรือใช้กันอยู่ทุกวันจนดูเหมือนเป็นเรื่องใกล้ตัวนั้น ในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความสำคัญมาก เพราะเวลาไม่ได้มีประโยชน์เพียงแค่ใช้บอกเวลาในชีวิตประจำวันหรือการทำกิจกรรมต่าง ๆ แต่ยังมีความสำคัญในด้านอื่น ๆ เช่น การสื่อสาร 5G Internet of Things : IoT การทำงานของระบบ Radar หรือระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม เป็นต้น ดังนั้นการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานทางด้านเวลาและความถี่ของประเทศ จึงมีความสำคัญมากต่อการสร้างศักยภาพให้แก่ระบบดิจิทัล
สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ (มว.) รับผิดชอบดูแลการพัฒนามาตรฐานการวัดของประเทศ ให้เกิดความเชื่อมั่นในความถูกต้องของเครื่องมือวัดทั้งหมดในประเทศที่ใช้ในภาคการผลิตและบริการที่มีผลกระทบทั้งในภาคเศรษฐกิจ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ห้องปฏิบัติการเวลาและความถี่ มีหน้าที่หลักในการจัดหา ดูแล และการถ่ายทอดเวลาและความถี่มาตรฐานของประเทศไทย ซึ่งปัจจุบันนิยามของหน่วยวินาที ได้มาจากระดับชั้นพลังงานที่สถานะพื้นของธาตุซีเซียมที่มีความถี่ 9.192631770 GHz ซึ่งถูกกำหนดเป็นนิยามของหน่วยวินาที
แต่อนาคตอันใกล้หน่วยงานที่กำหนดหน่วยวัดระหว่างประเทศ จะมีการพิจารณาถึงนิยามใหม่ของวินาที โดยใช้นาฬิกาอะตอมเชิงแสง (Optical Clock) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดของนาฬิกาในปัจจุบัน มีความเที่ยงตรงแม่นยำกว่านาฬิกาอะตอมที่ใช้กันทั่วโลก (Cesium Clock) ประมาณ 1,000 ถึง 10,000 เท่า
ในโอกาสนี้ ดร. ปิยพัฒน์ พูลทอง นักมาตรวิทยาชำนาญการ ดร.รัฐกร แก้วอ่วม นักวิจัยห้องปฏิบัติการเวลาและความถี่ พร้อมทั้ง ดร.ธเนศ พฤทธิวรสิน Quantum Technology Foundation (Thailand) ร่วมพูดคุยถึง “โครงการนาฬิกาอะตอมเชิงแสงของไอออนธาตุอิธเธอเบียม (Ytterbium ion optical clock)” ที่จะมาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างพื้นฐานทางด้านเวลาและความถี่ของประเทศไทย ซึ่งยังส่งผลกระทบต่อการวัดทางมิติและการวัดทางไฟฟ้าให้มีความแม่นยำมากขึ้น อีกทั้งยังเป็นเครื่องมือพื้นฐานในการทำวิจัยด้านเทคโนโลยีควอนตัม
ดร.ปิยพัฒน์ กล่าวว่า โครงการนาฬิกาอะตอมเชิงแสงไอออนธาตุอิธเธอเบียม เป็นโครงการที่วิจัยและพัฒนานาฬิกาอะตอมเชิงแสงที่มีค่าความถูกต้องและค่าความเสถียรมีประสิทธิภาพที่ดีกว่านาฬิกาอะตอมซีเซียมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
หากอิงหน่วยเวลากับธาตุทางวิทยาศาสตร์ ในปัจจุบันนั้นมาตรฐานสากลอิงอยู่กับธาตุซีเซียม (Caesium) ที่มีค่าความเสถียร ผิดพลาด 1 วินาที ต่อ 100 ล้านปี ใช้ในระบบการนำทางดาวเทียม ซึ่งทางทีมนักวิจัยได้พบธาตุที่มีค่าความเสถียรแม่นยำกว่าซีเซียม นั่นก็คือ อิธเธอเบียม และหวังเป็นอย่างยิ่งกว่านิยามของนาฬิกาอะตอมซีเซียมจะถูกปรับเปลี่ยนเป็นธาตุอื่น ๆ และทำให้นาฬิกาอะตอมมีความแม่นยำมากขึ้น
หากสำรวจในภูมิภาคเอเชีย-แปซิฟิก ประเทศไทยคือชาติที่ 4 ที่ทำการทดลองนี้สำเร็จ อีก 3 ประเทศ คือ ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และจีน โดยมีการเตรียมตัวเพื่อรองรับการเปลี่ยนนิยามจากนาฬิกาอะตอมซีเซียมเป็นนาฬิกาอะตอมธาตุอิธเทอเบียมในปี 2566 และหากเกิดการปรับเปลี่ยนนิยามขึ้น ประเทศไทยก็พร้อมที่จะปรับเปลี่ยนตามมาตรฐานสากลโลก ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในไทย
ทั้งนี้ ประโยชน์ของนาฬิกาอะตอมเชิงแสงไอออนอิธเธอเบียม มีดังนี้
1 ใช้บอกเวลาเป็นหน่วยวินาที
2 การใช้วัดมาตรฐานความยาวในอุตสาหกรรมนาโน
3 การวัดกระแสไฟฟ้า เช่น กำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์ แรงเคลื่อนไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวลต์
มว. เล็งเห็นความสำคัญ เรื่องของความสามารถเปลี่ยนแปลงชีวิตของประชากรในประเทศไทยให้ทันกับการเปลี่ยนแปลงของโลกแห่งการสื่อสารในยุค 5G นอกจากนี้ก็ยังถือเป็นโอกาสที่จะสามารถใช้ประโยชน์จากเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ ไปสู่ความเชื่อมโยงในภาคอุตสาหกรรมหรือภาคธุรกิจของประเทศไทยเราแบบฉับพลัน จากความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นของนาฬิกาอะตอมแห่งอนาคต
แหล่งข้อมูล
