นักฟิสิกส์ไทยสร้างผลงานแห่งประวัติศาสตร์

25 กรกฎาคม 2559

 

         ศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ได้รับทราบข่าวที่น่ายินดีของนักฟิสิกส์ไทยที่ได้สร้างผลงานวิจัยแห่งประวัติศาสตร์ที่น่าชื่นชม คือ อาจารย์ ดร.ทีปานิส ชาชิโย จากวิทยาลัยเพื่อการค้นคว้าระดับรากฐาน "สถาบันสำนักเรียนท่าโพธิ์ฯ" มหาวิทยาลัยนเรศวร จ. พิษณุโลก โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

 

รูปที่ 1 อาจารย์ ดร. ทีปานิส  ชาชิโย

 

            ผลงานวิจัยของอาจารย์ ดร. ทีปานิส  ชาชิโย ได้รับการยอมรับนำขึ้นพาดหัวข่าวในคอลัมน์ Physics Update ของวารสาร Physics Today (online เมื่อวันที่ 18 กรกฎาคม 2559  โดยสามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่  http://http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/news/10.1063/PT.5.7285 ) ซึ่งเป็นครั้งแรกในวงการฟิสิกส์ไทย และยังเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ไทย ที่มีชื่อของสมการ/การทดลอง/ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ ผูกโยงติดอยู่กับชื่อของคนไทย คือ the “Chachiyo’s formula” 

 

            วารสาร Physics Today เป็นวารสารข่าวฟิสิกส์อันดับหนึ่งของโลก ก่อตั้งขึ้นโดย American Institute of Physics (AIP) ตั้งแต่เมื่อปี พ.ศ. 2491 มีผู้อ่านถึงกว่า 120,000 รายต่อเดือน ซึ่งกว่า 80% เกี่ยวข้องโดยตรงกับงานวิจัยหรือการวางแผนงบประมาณ โดยในแต่ละเดือน ทางวารสารจะเลือกงานวิจัยที่โดดเด่นระดับโลก ขึ้นมา 8-10 ชิ้น ภายใต้หัวข้อข่าว Physics Update เพื่อแนะนำให้ผู้อ่านได้จับตาและติดตามอย่างใกล้ชิด

 

 

รูปที่ 2

 

           โดยสกู๊ปข่าวผลงานวิจัยของดร.ทีปานิส ชาชิโย ดังกล่าว Richard J. Fitzgerald ผู้จัดการอาวุโสของวารสาร ได้ให้เกียรติเขียนด้วยตนเอง (18 กรกฎาคม 2559) โดยมีความเห็นของ ศาสตราจารย์ ดร. P. Gill (รางวัล Dirac Medal 1999) ให้คำแนะนำ อีกทั้งยังมี ศาสตราจารย์ ดร. E. Davidson (รางวัล Schrodinger Medal 2001, และ รับรางวัลนักวิทยาศาสตร์แห่งชาติ 2001 จากประธานาธิบดีสหรัฐ) เป็นผู้กลั่นกรองเนื้อหางานวิจัย

 

           ภายใต้ชื่อ “A simpler ingredient for a complex calculation” ดังปรากฏในรูปที่ 2 เนื้อข่าว บรรยายถึงทฤษฎีฟิสิกส์ มีชื่อว่า Density Functional Theory (DFT) คิดค้นขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 1960 โดยนักวิทยาศาสตร์ 3 ท่านคือ W. Kohn P. Hohenberg, และ L. Sham ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี แต่ตัวทฤษฎียังขาดส่วนประกอบสุดท้าย ที่เรียกว่า Correlation Energy ที่จะต้องเติมเต็มให้สมบูรณ์ ซึ่งกว่า 50 ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ได้มีการค้นหาสูตรดังกล่าวมาอย่างต่อเนื่อง แต่ยังขาดความสมบูรณ์และที่สำคัญ ขาดความเรียบง่าย จนกระทั่ง มาถึงงานวิจัยของ ดร.ทีปานิส ชาชิโย ในปีนี้เอง โดยทางวารสารเรียกสมการนี้ว่า “Chachiyo’s formula” ดังปรากฏในรูปที่ 3

 

 

 

รูปที่ 3

 

              Density Functional Theory ถูกนำมาใช้ในการออกแบบ วิเคราะห์ศึกษาสิ่งที่มีขนาดเล็ก มีส่วนช่วยในการสร้างนวัตกรรมจำนวนมาก เช่นท่อนาโนคาร์บอน โมเลกุลยา วัสดุสมบัติพิเศษ อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ หรือโซล่าเซลล์ เป็นต้น และแม้ว่า สูตร Chachiyo’s formula ที่ถูกค้นพบ จะใช้ได้ในเฉพาะกรณีที่กลุ่มหมอกอิเล็กตรอนภายในเนื้อสาร กระจายตัวค่อนข้างสม่ำเสมอ แต่ก็ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ (Breakthrough) ที่จะแตกแขนงนำไปสู่การค้นคว้าในอีกหลายๆด้านที่จะตามมาเป็นจำนวนมาก

              ดร.ทีปานิส ชาชิโย สำเร็จการศึกษาปริญญาตรี โท เอกและวิจัยหลังปริญญาเอก จากประเทศสหรัฐอเมริกา มีความเชี่ยวชาญและประสบการณ์การสอนวิชาบังคับ ทุกวิชา ในสาขาฟิสิกส์ ทั้งระดับตรี โทและเอก อีกทั้งมีตำราที่สังคมวิชาการให้การยอมรับคือ “กลศาสตร์ควอนตัม ระดับบัณฑิตศึกษา เล่ม 1” และวิดีโอการสอนกว่า 100 ชั่วโมง ยังถูกเผยแพร่ผ่านสื่อ youtube.com โดยมีสถิติการรับชมจากนักศึกษาทั้งประเทศ กว่า 30 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ มาอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ยังเป็นผู้อำนวยการ สถานวิจัยเพื่อความเป็นเลิศทางวิชาการ ด้านควอนตัมโมเดลลิ่ง ของมหาวิทยาลัยนเรศวรอีกด้วย

 

__________________________________________________________________________________________________________________________

 

ภาคผนวก : คำแปลภาษาไทยของสกู๊ปข่าวดังกล่าวข้างต้น

สูตรผสมที่ง่ายขึ้นสำหรับการคำนวณอันซับซ้อน

(A simpler ingredient for a complex calculation)

 

              การใช้ทฤษฎี Density Functional Theory เพื่อทำนายการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนนั้น ต้องอาศัยการประมาณเข้ามาช่วยในการคำนวณซึ่งก็มีหลายขั้นตอน และสูตรที่ประกอบด้วยตัวแปรเพียง 2 ตัวอันนี้เอง ทำให้ขั้นตอนเหล่านั้น ง่ายดายยิ่งขึ้น

โดย Richard J. Fitzgerald, 18 กรกฎาคม 2559

 

              Walter Kohn, Pierre Hohenberg, และ Lu Sham ได้สร้างทฤษฎี Density Functional Theory ในช่วงปี 1960 และตั้งแต่นั้นมา DFT ก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายที่สุด ในสาขา Quantum Chemistry และสาขา Condensed Matter Physics ที่มุ่งคำนวณการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอน และสมบัติหลายอย่างของอะตอมหรือโมเลกุล (ดูที่บทความของ Andrew Zangwill, Physics Today, กรกฎาคม 2558, หน้า 34)ทฤษฎี DFT ช่วยลดความซับซ้อนของการคำนวณ ซึ่งเดิมอิงอยู่กับ Wave Function ของอิเล็กตรอนจำนวนมาก ให้กลายเป็นเพียงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน แต่ถึงกระนั้น อันตรกิริยาที่จะต้องนำมาพิจารณาในสมการ นอกจากจะเอาเทอมที่ตอบสนองต่อพลังงานศักย์ภายนอก ก็ต้องเอาผลกระทบที่อิเล็กตรอนมีอันตรกิริยาด้วยกันเองเข้ามาคิดร่วมด้วย  แต่อันตรกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนดังกล่าว นอกจากการผลักกันด้วยแรงคูลอมป์ของอิเล็กตรอน หรือผลของกฎ Pauli Exclusion ก็ยังประกอบด้วย “อันตรกิริยาโดยรวมอื่นๆ” หรือที่เรียกว่า Correlation Energy ซึ่งเทอมนี้เอง แม้กระทั่งในกรณีอย่างง่ายที่สุด คือกลุ่มแก๊สของอิเล็กตรอนที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ก็ยังต้องอาศัยการประมาณเข้ามาช่วยคำนวณ (ยกเว้นในกรณี อิเล็กตรอนมีความหนาแน่นสูงมากๆ หรือต่ำมากๆ) ทีปานิส ชาชิโย ณ วิทยาลัยเพื่อการค้นคว้าระดับรากฐาน มหาวิทยาลัยนเรศวร ที่พิษณุโลก ประเทศไทย ได้ค้นพบสูตรอย่างง่ายในการคำนวณ Correlation Energy อันนี้ ด้วยตัวแปรเพียง 2 ตัว ซึ่งได้มาจากการวิเคราะห์พฤติกรรมของอิเล็กตรอนในกรณีความหนาแน่นสูงมากนั้น สมการของชาชิโย มีความแม่นยำครอบคลุมพฤตกรรมของอิเล็กตรอนในทุกช่วง ไม่ว่าจะมีความหนาแน่นเท่าใดก็ตาม ซึ่งอันที่จริง ในกรณีระบบ Paramagnetic ผลการคำนวณด้วยสูตรนี้ มีความแม่นยำมากกว่าสูตรมาตรฐานที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันเสียอีก และแม้ว่าสมการของชาชิโยจะเป็นกรณีแคบๆที่ใช้กับอิเล็กตรอนที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ มันจะเป็นจุดเริ่มต้นในการเร่งค้นหาสมการดังกล่าว ในระบบที่ครอบคลุมกรณีทั่วไปมากขึ้น ซึ่งจะนำมาใช้ได้อย่างแม่นยำกับโมเลกุลหรือวัสดุทั่วไปในอนาคต (T. Chachiyo, J. Chem. Phys. 145, 021101, 2016)