จุดเริ่มต้นของการศึกษาและขยายผลในพื้นฐานแบบจำลองทางฟิสิกส์

          ตั้งแต่อดีต ถึง ปัจจุบันเราหลีกเหลี่ยงไม่ได้เลยว่า คณิตศาสตร์คือปัจจัยหลักส่วนนึงที่มาช่วยพรรณนา และ อธิบายถึงความน่าจะเป็นของปัญหาที่จะเกิดขึ้นทางวิทยาศาสตร์ที่มนุษย์เรากำลังจะศึกษาสิ่งเหล่านั้น เช่น แคลคูลัสที่คิดค้น โดย เซอร์ ไอแซค นิวตัน นั้นถูกนำมาอธิบายในหลายๆศาสตร์ของวงการวิทยาศาสตร์ไม่ว่าจะเป็น อธิบายเกี่ยวกับกฎทางไดนามิค การเคลื่อนที่1มิติ 2มิติ และ 3มิติ รวมถึงการนำไปใช้ในการหา Gaussian function และ ควอนตั้ม อื่นๆอีกมากมาย แต่ยังมีทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ในอีกรูปแบบนึงที่นำมาปรับใช้กับวิทยาศาสตร์ ซึ่งเรียกว่า king plot ซึ่งจะเป็นวิธีอะไร เป็นรูปแบบไหนสามารถติดตามได้ต่อไปนี้


          ซึ่งในเร็วๆนี้มีนักวิจัยของPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU) ได้ร่วมมือกันกับ Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) และ องค์กรนักวิทยาศาสตร์ของเยอรมันนี ได้ทำการคำนวนมาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับผลกระทบที่มีต่ออะตอมแต่ยังไม่ได้รับการสำรวจหรือต่อยอดเพิ่มเติมจากงานวิจัย ซึ่งผลงานนี้ได้ถูกตีพิมพ์ลงในวรสารฟิสิกส์ที่ชื่อว่า Physical Review ในหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยจากทั่วทุกมุมโลกได้ทำการค้นหาอนุภาคใหม่ที่สามารถอธิบายและเข้ากันกับแบบจำลองและมีความใกล้เคียงกับพื้นฐานทางฟิสิกส์มากที่สุด จากตัวอย่างงานวิจัยที่มีชื่อเสียงที่ทำการศึกษาอนุภาคฮาร์ดรอน เป็นอนุภาคชนิดผสมกันของสองอนุภาคไม่ว่าจะเป็น Meson หรือ Baryons หรืออาจจะมากกว่านั้นของอนุภาคควาร์ก และ ถูกยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงมั่นคงด้วย แรงจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โดยพื้นฐานมวลสสารของอนุภาคฮาร์ดอนมาจาก 2มวลสสาร ระหว่างโปรตอน และ นิวตรอนนั่นเอง

            จากนั้นต่อมาได้มีกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก รัสเซีย และ เยอรมัน ได้ทำการวิจัยในปัญหาต่าง ๆที่เกี่ยวกับ atomic แต่โดยยังยึดหลักพื้นฐานทาง atomic spectroscopyไว้ดั่งเดิม  โดยที่การศึกษานี้จะเน้นการใช้ทรัพยากรทางด้านการวิจัยและพัฒนาให้น้อยลงและมีอย่างจำกัด แต่ในความเป็นจริงเหล่านั้นอาจจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงการใช้ทรัพยากรทางด้านการวิจัยและพัฒนาให้น้อยลงได้ เพราะ ความแม่นยำของการทดลองในส่วนอะตอมมิกฟิสิกส์พลังงานสูงนั้นอาจจะยังจำเป็นอยู่ นักวิทยาศาสตร์SPbPUจึงได้ทำการคำนวนความถี่ของการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่ความแตกต่างไอโซโทปต่อหนึ่งสสาร ในเคสตัวอย่าง อาร์กอน


          นักวิจัยได้ทำการทดสอบในหลายสถานะของไออนก๊าซอาร์กอน ที่ 4-6อิเล็กตรอนเพื่อทำการทดสอบหาค่าที่เหมาะสมของ electronic configuration ซึ่งจะสามารถหาผลจากการคำนวณผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือได้ แต่ในทางตรงกันข้ามนั้น นักวิจัยนั้นจะต้องสามารถเข้าถึงและเข้าใจแก่นแท้ของการทดลองเหล่านั้นด้วย แต่แล้วนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถทำการวิเคราะห์ผลลัพธ์ของสถานะไอออนก๊าซอาร์กอนที่ได้ด้วยการใช้ หลักทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า King plot ซึ่งจะทำการวิเคราะห์กราฟในรูปแบบของกราฟเส้นตรงและมีความแม่นยำที่สูง จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้จำนวนของข้อมูลที่ได้นั้นมีขนาดชุดข้อมูลที่เล็กและมากจนเกินกว่าจะใช้ทฤษฎีกราฟเส้นตรงมาช่วยในการวิเคราะห์ เลยจึงต้องหันมาปรับเปลี่ยนรูปแบบการวิเคราะห์ด้วยการใช้ nonlinear functionแทนซึ่งก็เป็นการวิเคราะห์ king plot แต่แล้วกลุ่มนักวิทยาศาสตร์สากลได้ทำการคำนวณและวิเคราะห์ผลของ nonlinearities ของ king plot ในลำดับสมการลำดับที่4ที่ความถี่ของข้อมูลนั้นอยู่ที่10Khz


          แล้ว King plot นั้นคือไรกัน เรามาดูกันเลย ซึ่ง king plot จะเป็นการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ในรูปแบบนึง ที่ใช้ในการวิเคราะห์จำนวนอิเล็กตรอนที่มากๆของธาตนั้นๆ ซึ่งจะมีด้วยกัน2แบบ คือ mass shift และ field shift เพื่อศึกษาดูแนวโน้มพฤติกรรมของอะตอมไม่ว่าจะเป็นการเกิดความยาวคลื่น การเกิดแรงระหว่าง นิวตรอน และ อิเล็กตรอน รวมทั้งcorrelation energy ซึ่งยากต่อการคำนวนสามารถที่จะนำมาวิเคราะห์ได้เมื่อไอโซโทปของธาตุนั้นๆมีจำนวนที่ลดลง ซึ่งking plot นี้กราฟที่นำมาวิเคราะห์นั้นจะเป็นในรูปแบบ กราฟไม่เป็นเส้นตรง แบบ nonlinearity ซึ่งจะแตกต่างจาก กราฟเส้นตรงแบบ linearity เพราะ nonlinearity จะมีการวิเคราะห์ที่มีอันดับ หรือ order มากกว่า 2เป็นต้นไป แต่กราฟเส้นตรงแบบ linearity ที่จะวิเคราะห์อันดับแค่อันดับ1 หรือจากสมการเส้นตรงที่หาได้จาก y=mx + c แต่จาก king plot จะสังเกตเห็นได้ว่า กราฟเป็นเส้นตรงแต่จะมีความคาดเคลื่อนของชุดข้อมูลและทำการวิเคราะห์อีกครั้งว่าในแต่ละตำแหน่งของชุดข้อมูลนั้นๆที่ได้นำมาพล็อตกราฟ และ วิเคราะห์จะมีแนวโน้มและค่าความคาดเคลื่อนของกราฟอยู่ที่เท่าไหร่นั่นเอง  นี่ละ คือการวิเคราะห์และคาดคะเนของกราฟจาก king plot           ก่อนหน้านี้สืบเนื่ององมาจากการจำกัดทางการวัดของตัวอย่างวัตถุนั้นจะไม่สามารถตรวจจับผลกระทบที่เกิดขึ้นกับตัววัตถุที่มาทดสอบได้เลย แต่แล้วการทดสอบทางด้านสเปกโตรสโกปีในรูปแบบใหม่นั้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจจับขนาดวัตถุได้อย่างแม่นยำได้มากยิ่งขึ้น เป็นส่วนสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์อย่างกว้างขวางมากยิ่งขึ้นที่ช่วยในการวิเคราะห์ และ อีกทั้งยังสามารถปรับเปลี่ยนรูปแบบวิธีให้เหมาะสมกับปัญหาและชุดข้อมูลที่ได้นำมาศึกษาอีกด้วย


          แต่ถ้า king plot ที่นำมาพล็อตกราฟบนชุดข้อมูลนั้นๆเกิดกลับกลายเป็นส่วนโค้งของกราฟเล็กน้อยและไม่ใช่เส้นตรงแบบดั่งเดิม สิ่งนี้จะเป็นสิ่งที่กลับกลายเป็นการค้นพบอนุภาคใหม่ที่ใช้ในการวิเคราะห์ทางแบบจำลองพื้นฐานทางฟิสิกส์ต่อไป แบบจำลองพื้นฐานทางฟิสิกส์เป็นส่วนสำคัญในการศึกษาผลกระทบที่มีต่ออะตอมอื่นโดยที่มีจำนวนของอะตอมที่มีขนาดใหญ่ขึ้นของจำนวนอิเล็กตรอน เพื่อที่จะลดผลกระทบที่จะทำให้เกิดการวิเคราะห์และคำนวนที่ผิดพลาด จากคำกล่าวของ Vladimir Yerokhin หัวหน้าวิจัยจาก the Center for Advanced Studies of SPbPU 


          ในอนาคตข้างหน้านี้ ทฤษฎีการทำนายทางคณิตศาสตร์นั้นจะถูกทำการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์จาก St. Petersburg Polytechnic University และได้รับการทดสอบจาก Physikalisch Technische Bundesanstalt ซึ่งการทดลองนั้นเป็นการทดลองโดยที่ ใช้กับดัดไอออนในแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าโดยใช้หลักการทาง quantum logic ถ้าการทดลองนี้สำเร็จลุล่วงจะทำให้เกิดพารามิเตอร์ที่ใช้สำหรับอนุภาคใหม่เกิดขึ้นอีกในแบบจำลองพื้นฐานทางฟิสิกส์ นอกจากนี้การทดลองทางแบบจำลองพื้นฐานทางฟิสิกส์ยังช่วยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรากฐานไปสู่สิ่งที่สำคัญสำหรับความเข้าใจในระดับสเกลของจักรวาลต่อไปได้ในอนาคต จากคำกล่าวอ้างของ Vladimir Yerokhin

 

ที่มา

• https://phys.org/news/2020-01-scientists-standard-physics.html
• https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.101.012502