นับเป็นครั้งแรกที่มีทีมนักวิจัยในยุโรปประสบความสำเร็จ ในการสังเกตการเคลื่อนที่แบบบราวน์ (Brownian motion) ซึ่งมีการทำนายผลเอาไว้มาหลายทศวรรษมาแล้ว โดยทีมวิจัยได้วัดว่าทรงกลมขนาดไมครอนมีปฏิสัมพันธ์ กับรอบตัวมันอย่างไร และแสดงให้เห็นว่าทรงกลมเหล่านี้ จำได้ ว่าพวกมันเคลื่อนที่อีท่าไหน ทีมวิจัยยังอ้างว่า เทคนิคการทดลองนี้สามารถใช้เป็นตัวรับรู้เชิงฟิสิกส์ (biophysical sensor)
การเคลื่อนที่แบบบราวน์ (Brownian motion) ได้ชื่อมาจากนักชีววิทยาชาวอังกฤษชื่อรอเบิร์ต บราวน์ (Robert Brown) เมื่อปี 1827 เมื่อเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูเห็นการเคลื่อนที่ของละอองที่เกสรดอกไม้ดีดออกมา ซึ่งต้องรอหลายสิบปีกว่าจะมีใครให้คำอธิบายที่ดีได้
เมื่อปี 1905 แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์อธิบายการเคลื่อนที่แบบบราวน์ไว้ และเป็น 1 ใน 5 เรื่องที่สร้างชื่อแก่เขา การเคลื่อนที่แบบบราวน์เป็นการเคลื่อนที่ไร้ทิศทางของอนุภาคเล็ก ๆ ในของไหล (ของเหลวหรือแก๊ส) เกิดจาก อนุภาคถูก เตะ ไปทางโน้นทีทางนี้ที อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของของไหลที่เกิดจากอุณหภูมิ ไอน์สไตน์และนักฟิสิกส์หลาย ๆ คนเชื่อว่าการเตะไม่ได้ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของอนุภาค และกำหนดลักษณะได้ จากสัญญาณรบกวนสีขาว (white noise คือ สัญญาณรบกวนหลายความถี่ปนกัน เทียบได้กับแสงสีขาวที่มีแสง 7 สีรวมกัน และตรงกันข้ามกับสัญญาณรบกวนแบบสี หรือ colored noise ที่สัญญาณรบกวนมีความถี่เดี่ยว ๆ)
ย้อนไปยุคโบราณ 60 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวโรมันชื่อลูเครติอุส (Lucretius) เคยใช้ การเคลื่อนที่แบบบราวน์ ของขี้ฝุ่นที่มองเห็นได้ในลำแสงในที่มืดทึม ๆ มาใช้อธิบายว่าอะตอมมีอยู่จริง กล่าวคือ ขี้ฝุ่นที่เต้นไปมาจนมั่ว เพราะมีสสารที่ตามองไม่เห็นผลักไปทางโน้นทีทางนี้ที และสสารนี้ถูกผลักอีกทอดหนึ่งจากการเคลื่อนที่ของอะตอม
การเคลื่อนที่ที่มีความจำ
อย่างไรก็ดี กลางศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์เริ่มตระหนักว่าถ้าหากอนุภาคและของไหล มีความหนาแน่นครือ ๆ กัน การเตะก็ไม่ถึงกับไร้ทิศทางโดยสิ้นเชิง แต่กลับมี สหสัมพันธ์ที่แน่นอน (persistent correlation) ระหว่าง การเคลื่อนที่ของของไหลและอนุภาคที่สามารถทำนายได้ ทั้งนี้เพราะว่า การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของไหล จะทำให้ของไหลแวดล้อมเคลื่อนที่บ้าง ซึ่งย้อนกลับมาส่งผลให้อนุภาคเคลื่อนที่อีกที เป็นเช่นนี้กลับไปกลับมา เรื่องนี้พอยกตัวอย่างได้ เช่น นักว่ายน้ำที่ว่ายน้ำด้วยความเร็วที่สม่ำเสมอ ก็จะดึงน้ำให้ไหลตามเขาไป แต่ถ้าเขาหยุดปับ เขาจะรู้สึกถูกน้ำผลักที่ด้านหลัง นักวิจัยเรียกสิ่งนี้ว่า ความจำอุทกพลวัต (hydrodynamic memory) เพียงแต่การเฝ้าสังเกตของนักวิจัยยุคนั้นยังอธิบายอนุภาคเดี่ยว ๆ ที่เกิดการเคลื่อนที่แบบบราวน์ได้
?cole polytechnique f?d?rale de Lausanne (EPFL) เป็น สถาบันเทคโนโลยีของสมาพันธรัฐสวิส และจัดอยู่ในชั้นแนวหน้าของโลก ที่นี่ซิลเวีย เจนีย์ (Sylvia Jeney) กับผู้ร่วมงานในสวิตเซอร์แลนด์และเยอรมนีอ้างว่า พบเห็นหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับผลของการเคลื่อนที่แบบบราวนืของอนุภาค การวัดของทีมใช้หลักคิดว่า ความจำอุทกพลวัตจะให้สเปกตรัมมของกำลังของอนุภาคที่ใช้ สัญญาณรบกวนแบบสี มาอธิบายได้ดีกว่า สัญญาณรบกวนสีขาว
สำหรับการเคลื่อนที่แบบบราวน์แล้ว สัญญาณรบกวนสีขาวหมายถึงว่า อนุภาคจะกระเพื่อมด้วยขนาด (หรือกำลัง) ที่เหมือน ๆ กัน โดยไม่ขึ้นกับความถี่ของการกระเพื่อม แต่ทว่า การทดลองของเจนีย์แสดงว่า ความถี่ที่สูงกว่า ทำให้มีขนาดการกระเพื่อมที่สูงกว่า ซึ่งหมายถึงว่าสัญญาณรบกวนเป็นแบบสีไม่ใช่แบบสีขาวอีกต่อไป
กับดักพิเศษ
กลุ่มของเจนีย์ทำการวัดด้วยการดักจับทรงกลมเมลามีนเดี่ยวที่มีขนาดในช่วงไมครอน ในทวีเซอร์เชิงแสง หรือแหนบหรือปากคีบเชิงแสง (optical tweezers) แม้ดูเหมือนจะคล้ายคลึงกับเครื่องไม้เครื่องมือที่มีขายดาด ๆ ในตลาดที่ใช้มากในหมู่นักชีวฟิสิกส์ (biophysicists) แต่นักวิจัยกลุ่มนี้ใช้เวลาหลายปีปรับแต่งอุปกรณ์ของพวกเขา โดยเฉพาะพวกเขาปรับปรุงการแยกชัดเชิงเวลา (time resolution) ของระบบสูงขึ้นถึง 1000 เท่า (เรียกว่าวัดได้เร็ว) และเร่งการแยกชัดเชิงปริภูมิหรือเชิงพื้นที่ (spatial resolution) (เรียกว่าวัดเห็นความแตกต่างได้ในเนื้อที่ที่เล็กมาก) ทำให้สามารถวัดระยะทางขนาด 1 ใน 1000 ล้านเมตร (นาโนเมตร) ได้ |
