ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์

ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ (Atomic, Molecular, and Optical physics: AMO (อ่าน เอ-เอ็ม-โอ) physics) เป็น ศาสตร์แขนงหนี่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาเกี่ยวกับ สสาร และ ปฏิกิริยาระหว่าง แสง (light) กับ สสาร (matter) ที่ระดับขนาดเท่ากับ อะตอมเดี่ยว หรือ โครงสร้างที่ประกอบไปด้วยอะตอมจำนวนไม่มากนัก ศาสตร์แขนงนี้เป็นการรวมเอา (1) ฟิสิกส์อะตอม (atomic physics) , (2) ฟิสิกส์โมเลกุล (molecular physics) และ (3) ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์ (optical physics) เข้าไว้ด้วยกัน

ภาพห้องทดลองทางด้านฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ เกี่ยวกับ การกักไอออน เพื่อใช้ใน คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ มีกำเนิดมาพร้อมกับ ฟิสิกส์สาขาหลักๆ สามสาขา นับจากการศึกษาโครงสร้างของอะตอม การค้นพบการแผ่รังสีจากวัตถุดำ และ การศึกษาทดลองเกี่ยวกับโมเลกุล หากแต่ว่า ชื่ออย่างเป็นทางการของสาขา ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ ยังไม่ได้ถือกำเนิดขึ้น

ฟิสิกส์ทั้งสามแขนง ได้ถูกนำมารวมไว้ในกลุ่มเดียวกันเนื่องมาจากเหตุผลหลายๆ ข้อ เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกันของ อะตอม โมเลกุล และ แสง, ความคล้ายคลึงกันของวิธีการที่ใช้ศึกษา และ ลักษณะร่วม ของ ระดับขนาดของพลังงานที่เกี่ยวข้อง ทั้งนี้นักฟิสิกส์ใช้ความรู้ทั้ง ทาง ฟิสิกส์ดั้งเดิม (classical physics) และ ควอนตัมฟิสิกส์ (quantum physics) ในการศึกษาศาสตร์แขนงนี้

เมื่อศาสตร์ทั้งสามนี้ได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งเป็นการพัฒนาที่ขนานไปกับพัฒนาการของกลศาสตร์ควอนตัม ความเชื่อมโยงกันระหว่างสาขาก็มีมากขึ้น และ หลอมรวมเข้าด้วยกันตามกาลเวลา ความเชื่อมโยงยิ่งมีมากขึ้นไปอีกเมื่อมีการประดิษฐ์ เลเซอร์ ขึ้นในห้องปฏิบัติการ ซึ่งโดยตัวของมันเองแล้ว เลเซอร์ ก็คือผลพวงหนึ่งของความรู้ความเข้าใจใน ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์

สิ่งที่บ่งบอกช่วงระยะเวลากำเนิดชื่อสาขาอย่างเป็นทางการของ AMO นั้นเช่น การที่ American Physical Society (APS) มีการตั้งภาคเฉพาะสำหรับ AMO ชื่อว่า เด-มอพ (Division of Atomic, Molecular, and Optical Physics: DAMOP) ขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2486 ซึ่งเป็นช่วงแรกๆ ของกำเนิดทฤษฎีอิเล็กโทรดายนามิกส์ควอนตัม หรือ อย่างเช่นการกำเนิดของวารสาร Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics ขึ้นในปี พ.ศ. 2511 หลังการค้นพบเลเซอร์ ได้ 8 ปี

ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ เป็นศาสตร์ที่เชื่อมโยงกับวิทยาศาสตร์สาขาอื่นๆ ได้กว้างขวางมาก โดยจะเห็นได้จาก การนำความรู้ความเข้าใจใน ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ ไปประยุกต์ใช้ในหลายทาง

ตัวอย่างการนำความเข้าใจใน AMO ไปประยุกต์ใช้

ภาพการใช้เลเซอร์กำลังสูงในงานวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชัน

• การนำคุณสมบัติต่างๆ ของอะตอมและโมเลกุลที่วัดได้จาก AMO ไปใช้ในฟิสิกส์สาขาอื่น
• การตรวจวัดสารเคมีปนเปื้อนในอากาศ
• การใช้เลเซอร์กักขัง และ ศึกษา เซลล์ในงานวิจัยทางชีววิทยา
• การใช้เลเซอร์กับการผ่าตัดทางการแพทย์
• การใช้นาฬิกาอะตอมในระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System: GPS)
• การใช้เลเซอร์กำลังสูงในงานวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชัน

ตัวอย่างงานวิจัยพื้นฐานของ AMO ในปัจจุบัน

• การวิจัยวิธีการทำอะตอมให้มีอุณหภูมิต่ำยิ่งยวดโดยใช้เลเซอร์
• การวิจัยคุณสมบัติของอะตอม และ โมเลกุลที่มีอุณหภูมิต่ำยิ่งยวด
• การวิจัยเกี่ยวกับ การชนกันของอะตอมที่อุณหภูมิต่ำยิ่งยวด
• การวิจัยเกี่ยวกับ สถานะควบแน่น โบส - ไอน์สไตน์ ในก๊าซเจือจาง
• การวิจัยเกี่ยวกับ การทำให้แสง เคลื่อนที่ช้าลง หรือ เร็วขึ้น
• การวิจัยเกี่ยวกับ การทำเลเซอร์ ให้ปลดปล่อยเป็นห้วงจังหวะ ที่สั้นยิ่งยวด
• การวิจัยเกี่ยวกับ การใช้เลเซอร์ห้วงสั้นยิ่งยวด ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของ อะตอมในโมเลกุล
• การวิจัยเกี่ยวกับ การใช้เลเซอร์ห้วงสั้นยิ่งยวด ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนในอะตอม
• การวิจัยเกี่ยวกับ การวัดคุณสมบัติพื้นฐานของอะตอม โดยมีความแม่นยำสูงมาก
• การวิจัยเกี่ยวกับ อะตอมริดเบอร์ก
• การวิจัยเกี่ยวกับ สารสนเทศควอนตัม และ คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ฟิสิกส์อะตอม

ฟิสิกส์อะตอม เป็นศาสตร์ที่ศึกษา คุณสมบัติพื้นฐานทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับ อะตอม เช่น การทำปฏิกิริยาระหว่าง อะตอม กับ อะตอม, การทำปฏิกิริยาระหว่าง อะตอม กับ แสง, สถิติทางควอนตัมของอะตอม

ฟิสิกส์อะตอม แตกต่างกับ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ ตรงที่ ฟิสิกส์อะตอม มุ่งศึกษา คุณสมบัติของอะตอมในภาพกว้าง ซึ่ง ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดย สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม ในขณะที่ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ มุ่งศึกษาเฉพาะ คุณสมบัติของนิวเคลียสของอะตอม (Atomic nucleus)

ฟิสิกส์โมเลกุล

ฟิสิกส์โมเลกุล เป็นศาสตร์ที่ศึกษา คุณสมบัติพื้นฐานทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับ โมเลกุล (โครงสร้างที่ประกอบไปด้วยอะตอมมากกว่าหนึ่งตัว) เช่น การศึกษา ชั้นพลังงานที่มีในโมเลกุล, สถิติทางควอนตัมของโมเลกุล, พันธะระหว่างอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล, การทำปฏิกิริยาระหว่าง โมเลกุล กับ อะตอม, โมเลกุล กับ โมเลกุล และ โมเลกุล กับ แสง

ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์

ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์ เป็นศาสตร์ที่ศึกษา คุณสมบัติพื้นฐานทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับ แสง เช่น การแทรกสอด และ การเลี้ยวเบนของแสง, ปฏิกิริยาระหว่างแสง กับ อะตอม, สถิติทางควอนตัมของแสง

ฟิสิกส์ทัศนศาสตร์ สามารถถูกแบ่งออกได้เป็น สองแขนง ขึ้นกับวิธีที่ใช้อธิบาย คือ

• ทัศนศาสตร์ดั้งเดิม (optics หรือ classical optics)
• ทัศนศาสตร์เชิงควอนตัม (quantum optics)

รางวัลโนเบลที่เกี่ยวข้องกับ ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และ ทัศนศาสตร์

พุทธศักราช 2444 - 2468

ปี	ชื่อ	ประเทศ	หัวข้อ
2445	เฮนดริค ลอเรนทซ์	เนเธอร์แลนด์	"ให้ไว้เพื่อความระลึกถึงผลงานอันเลิศที่พวกเขาได้ฝากไว้ ด้วยการทดลองต่างๆ เกี่ยวกับผลของสภาพแม่เหล็กต่อปรากฏการณ์การแผ่รังสี". ดูเพิ่มเติม .
2447		สหราชอาณาจักร	"สำรับการสืบเสาะค้นหาความหนาแน่นของก๊าซต่างๆ ที่สำคัญมาก และ การค้นพบ อาร์กอน ซึ่งเกี่ยวโยงกับการศึกษาเหล่านี้ของเขา"
2448		เยอรมนี	"สำหรับงานของเขาเกี่ยวกับ "
2449	โจเซฟ จอน ธอมสัน	สหราชอาณาจักร	"ให้ไว้เพื่อความระลึกถึงคุณอันยิ่งใหญ่ในการสืบเสาะค้นหาทาง ทฤษฎี และ การทดลอง เกี่ยวกับการนำไฟฟ้าด้วยก๊าซต่างๆ"
2450		สหรัฐ	"สำหรับอุปกรณ์ทัศนศาสตร์ที่มีความแม่นยำ และ การสืบเสาะค้นหาอย่างจำเพาะ และ การวัดผลอย่างเป็นตรรก ซึ่งได้ดำเนินไปด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา". ดูเพิ่มเติม .
2451	กาเบรียล ลิพพ์มานน์	ฝรั่งเศส	"สำหรับ แผ่นภาพลิพพ์มานน์ ซึ่งเป็นวิธีที่จะผลิตซ้ำภาพสีในการถ่ายภาพ โดยยืนพื้นบนปรากฏการณ์การแทรกสอด"
2453		เนเธอร์แลนด์	"สำหรับงานเกี่ยวกับสมการสถานะของก๊าซ และ ของเหลว" ดูเพิ่มเติม .
2461	มากซ์ พลางค์	เยอรมนี	"ให้ไว้เพื่อความระลึกถึงผลงานที่เขาได้ฝากไว้ในความก้าวหน้าของฟิสิกส์ด้วยการค้นพบพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง (energy quanta) " ดูเพิ่มเติม ค่าคงที่ของพลางค์.
2462		เยอรมนี	"สำหรับการค้นพบผลกระทบดอพเพลอร์ ในรังสีคานาล (หรือ รังสีเอโนด) และ การแยกออกของ เส้นความถี่จำเพาะ (spectral lines) ในสนามไฟฟ้า"
2464	อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์	เยอรมนี  สวิตเซอร์แลนด์	"สำหรับผลงานของเขาในฟิสิกส์ทฤษฎี และ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับคำอธิบายผลกระทบ โฟโตอิเล็กทริก ของเขา"
2465		เดนมาร์ก	"สำหรับผลงานของเขาเกี่ยวกับการสืบเสาะค้นหา โครงสร้างของอะตอม และ การที่พวกมันแผ่รังสี"
2466		สหรัฐ	"สำหรับงานเกี่ยวกับ ประจุพื้นฐานของไฟฟ้า และ ผลกระทบโฟโตอิเล็กทริก"
2468		เยอรมนี	"สำหรับการค้นพบกฎที่ครอบคลุมการประทะระหว่าง อิเล็กตรอน และ อะตอม"

พุทธศักราช 2469-2493

ปี	ชื่อ	ประเทศ	หัวข้อ
2471		สหราชอาณาจักร	"สำหรับงานของเขาเกี่ยวกับ การปลดปล่อยเทอร์มิออนิก และ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับการค้นพบ กฎของริชาร์ดสัน ซึ่งได้ถูกตั้งชื่อขึ้นตามชื่อของเขา"
2472		ฝรั่งเศส	"สำหรับการค้นพบธรรมชาติความเป็นคลื่นของอิเล็กตรอน" ดูเพิ่มเติม
2473		อินเดีย	"สำหรับงานของเขาเกี่ยวกับการกระเจิงของแสง และ สำหรับการค้นพบ การกระเจิงของรามาน ซึ่งถูกตั้งชื่อขึ้นตามชื่อของเขา"
2475	เวอร์เนอร์ คาร์ล ไฮเซนเบอร์ก	เยอรมนี	"สำหรับการสร้างกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งนำไปสู่การค้นพบรูปแบบอื่นๆ ของ ไฮโดรเจน"
2476	เออร์วิน ชเรอดิงเงอร์	ออสเตรีย  สหราชอาณาจักร	"สำหรับการค้นพบรูปแบบต่างๆ ที่มีประโยชน์ต่อ ทฤษฎีอะตอม"
2487	อิสิดอร์ อิซาค ราบี	สหรัฐ	"สำหรับวิธีการสั่นพ้องของเขา สำหรับบันทึกคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ของ นิวเคลียสของอะตอม"
2488	วูล์ฟคาง เออร์นสท์ เพาลี	ออสเตรีย	"สำหรับการค้นพบหลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งถูกเรียกตามชื่อของเขา"

พุทธศักราช 2493-2518

ปี	ชื่อ	ประเทศ	หัวข้อ
2496		เนเธอร์แลนด์	"สำหรับการสาธิตวิธีความแตกต่างของเฟส (phase contrast method) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับ สิ่งประดิษฐ์ของเขา -- กล้องจุลทรรศน์ชนิดที่ใช้ความต่างเฟส"
2497		สหราชอาณาจักร	"สำหรับงานวิจัยพื้นฐานของเขาเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การตีความหมายเชิงสถิติของ ฟังก์ชันคลื่น"
2498		สหรัฐ	"สำหรับการค้นพบของเขาเกี่ยวกับ โครงสร้างละเอียด (fine structure) ของ ความถี่จำเพาะ (spectrum) ของไฮโดรเจน". ดูเพิ่มเติม .
2507		สหรัฐ  สหภาพโซเวียต  สหภาพโซเวียต	"สำหรับงานพื้นฐานเกี่ยวกับ อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัม (quantum electronics) ซึ่งนำไปสู่การสร้าง เครื่องสั่น (oscillator) และ เครื่องขยาย (amplifier) โดยยืนพื้นบนหลักการของ เมเซอร์-เลเซอร์ (maser-laser) "
2508		ญี่ปุ่น  สหรัฐ  สหรัฐ	"สำหรับงานพื้นฐานของพวกเขาเกี่ยวกับ อิเล็กโทรดายนามิกส์ควอนตัม (quantum electrodynamics) โดยผลที่ตามมาได้หยั่งรากลึกลงไปในฟิสิกส์ของอนุภาคพื้นฐาน (physics of elementary particles) "
2509		ฝรั่งเศส	"สำหรับการค้นพบและพัฒนาทัศนวิธีในการศึกษา การสั่นพ้องแบบเฮิรตซ์ (Hertzian resonances) ในอะตอม"
2514	เดนนิส กาบอร์	สหราชอาณาจักร	"สำหรับสิ่งประดิษฐ์ของเขา และ การพัฒนาวิธีการโฮโลแกรม (holographic method) "

พุทธศักราช 2519-2543

ปี	ชื่อ	ประเทศ	หัวข้อ
2524	อาเธอร์ ลีโอนาร์ด ชอว์โลว์	สหรัฐ  สหรัฐ	"สำหรับการมีส่วนร่วมในการพัฒนาการหาความถี่จำเพาะโดยใช้เลเซอร์ (laser spectroscopy) "
2532		สหรัฐ	"สำหรับการประดิษฐ์วิธีการสนามการสั่นแยก (separated oscillatory fields method) และ การใช้ประโยชน์ของมันใน เมเซอร์ไฮโดรเจน (hydrogen maser) และ นาฬิกาอะตอมอื่นๆ (atomic clocks) "
		สหรัฐ  เยอรมนี	"สำหรับการพัฒนาเทคนิคการกักขังไอออน (ion trap technique) "
2540		สหรัฐ  ฝรั่งเศส  สหรัฐ	"สำหรับการพัฒนาวิธีการทำให้อะตอมเย็นลง และ การกักขังอะตอม ด้วยแสงเลเซอร์"

พุทธศักราช 2543-2549

ปี	ชื่อ	ประเทศ	หัวข้อ
2544		สหรัฐ  เยอรมนี  สหรัฐ	"สำหรับการบรรลุผลสำเร็จในการทำ สถานะควบแน่นแบบ โบส-ไอน์สไตน์ ใน แก๊สอัลคาไลเจือจาง และ สำหรับ การแรกเริ่มศึกษาพื้นฐานของคุณสมบัติของ สถานะควบแน่น"
2548		สหรัฐ	"สำหรับการมีส่วนร่วมในทฤษฎีควอนตัมของ ความพร้อมเพรียงเชิงทัศนศาสตร์ (optical coherence) "
		สหรัฐ  เยอรมนี	"สำหรับการมีส่วนร่วมในการพัฒนา การหาความถี่จำเพาะที่มีความแม่นยำโดยการใช้เลเซอร์ รวมไปถึงเทคนิคหวีความถี่เชิงทัศนศาสตร์ (optical frequency comb technique) "

บทความที่เกี่ยวข้องอื่นๆ

• สาขาย่อย: ฟิสิกส์อะตอม, ฟิสิกส์โมเลกุล, (spectroscopy) , เคมีเชิงฟิสิกส์ หรือ เคมีฟิสิกส์, (classical optics) , (quantum optics) , โฟโตนิกส์ (photonics)
• สาขาที่เกี่ยวข้อง: กลศาสตร์ควอนตัม, (quantum chemistry) , (nano sciences) , (biophysics)
• important publications in atomic, molecular, and optical physics

อ้างอิง และ หมายเหตุ

1. "นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่เกี่ยวข้องกับ ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และ ทัศนศาสตร์". the Nobel Foundation. 2007. สืบค้นเมื่อ 2007-08-31.

• The politics of excellence, beyond the nobel prize, R. Friedman, 2002.
• "Nobel Century: a biographical analysis of physics laureates", in Interdisciplinary Science Reviews, by Claus D. Hillebrand, June 2002, No 2. p.87-93.
• Atomic, Molecular, and Optical Physics, National Academy Press, 1986

แหล่งข้อมูลอื่น

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์

• รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
• Division of Atomic, Molecular and Optical Physics (DAMOP)