IYPT 2019
27 มกราคม 2562

วันนี้มามาดใหม่ โผล่ขึ้นมาก็ใส่โค้ดเลย ถ้าอยากรู้ว่ามันคืออะไร อดใจสักครู่ก็จะรู้เอง


รู้กันอยู่แล้วว่า 2019 คือปีนี้ แต่ IYPT ล่ะ มันย่อมาจากอะไร


ใครที่อดใจไม่ไหว รีบไปกดถามอากู๋ดู อาจจะงงกันหน่อย เพราะได้ออกมา 2 คำตอบ นานๆจึงจะเจองานช้างชนกัน เพราะเป็นงานใหญ่ระดับโลก ที่ใช้ตัวย่อโค้ดเดียวกัน


งานแรก จัดทุกปี ติดต่อกันมา 31 ครั้งแล้ว จึงกลายเป็นงานธรรมดาไป คือ การแข่งขันฟิสิกส์สัประยุทธ์ระดับนานาชาติ (International Young Physicists’ Tournament: IYPT) เมื่อปีที่แล้ว 31st IYPT 2018 จัดที่กรุงปักกิ่ง ประเทศจีน ระหว่างวันที่ 19-26 กรกฎาคม ส่วนปีนี้ 32nd IYPT 2019 จะจัดที่กรุงวอร์ซอ ประเทศโปแลนด์ ระหว่างวันที่ 6-13 กรกฎาคม


ส่วนอีกงานหนึ่ง ยิ่งใหญ่และพิเศษกว่ามาก เพราะมีเฉพาะปีนี้ คือ สหประชาชาติ ร่วมกับองค์การ UNESCO และคณะกรรมการกลางของ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ประกาศให้ปีนี้เป็น ปีตารางธาตุสากล หรือ the International Year of the Periodic Table of Chemical Elements (IYPT 2019) และจะมีพิธีเปิด (opening ceremony) ในวันพรุ่งนี้ที่ 28 มกราคม ที่ UNESCO House กรุงปารีส


กว่า 2500 ปีมาแล้ว อริสโตเติล ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับสสารว่า เกิดจากการรวมตัวของธาตุต่างๆ อันเป็นที่มาของความเชื่อเรื่องธาตุทั้งสี่ คือ ดิน-น้ำ-ลม-ไฟ ต่อมาในปลายศตวรรษที่ 17 Hennig Brand ได้พบ ฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นในการศึกษาอะตอมของธาตุต่างๆ


ในช่วงทศวรรษของปี 1860 มีการค้นพบธาตุต่างๆ มากกว่า 60 ธาตุ จึงเริ่มมีการจัดแบ่งหมวดหมู่ ในปี 1862 Alexandre Beguyer de Chancourtois นักธรณีวิทยาชาวฝรั่งเศส ได้เรียงลำดับธาตุต่างๆตามน้ำหนักลงบนแท่งทรงกระบอกตั้ง โดยจัดให้ธาตุที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน กลับมาอยู่ตรงกันในแนวตั้ง (periodic) งานของเขาไม่มีใครสนใจอยู่หลายปี จนตารางธาตุที่ Mendeleev คิดขึ้นมาในปี 1869 เริ่มเป็นที่รู้จักแพร่หลาย ถึงได้มีการยอมรับกันว่า de Chancourtois เป็นคนแรกที่คิดเรื่อง คุณสมบัติที่วนกลับมาซ้ำของธาตุต่างๆ (periodicity)


ปี 1869 เป็นปีที่ตารางธาตุถือกำเนิด และยืนยงคงกระพันมาจนถึงทุกวันนี้ สมัยนั้นพบเพียงแค่ 63 ธาตุเท่านั้น ธาตุที่พบกันภายหลัง ก็สามารถเติมลงไปในช่องว่าง ที่มีการทำนายล่วงหน้าไว้ก่อนได้ ดังนั้น Dmitry Ivanovich Mendeleev นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย จึงถือว่าเป็น “บิดาแห่งตารางธาตุ” และเพื่อเป็นเกียรติ จึงมีการตั้งชื่อธาตุที่ 101 ว่า “Mendelevium” ถึงแม้ว่าเขาจะไม่เคยได้รางวัลโนเบลเลยก็ตาม


ตารางธาตุ เริ่มด้วยหมายเลขหนึ่ง “ไฮโดรเจน” ธาตุที่เบาที่สุด ไล่ไปจนถึงที่ห้า “โบรอน” เกิดขึ้นมาตั้งแต่กำเนิดจักรวาล (Big Bang) ไฮโดรเจนเป็นธาตุพิเศษธาตุเดียว ที่ไม่มีนิวตรอน มีแต่ โปรตอนตัวเดียว (เลยได้หมายเลขหนึ่ง) จำนวนอิเล็กตรอน เท่ากับโปรตอน จึงมีเพียงหนึ่งเดียวไปด้วย


ธาตุที่หนักกว่า เกิดจากธาตุเบากว่า มารวมกัน (fusion) เช่นฮีเลียม เกิดขึ้นโดยการรวมกันของไฮโดรเจน ทำให้มันมีโปรตอน 2 ตัว แต่ปัญหาคือ โปรตอน มีประจุบวกทั้งคู่ อยู่ด้วยกันเฉยๆไม่ได้ จะผลักกันดันกันอุตลุด ต้องมีกรรมการ คือนิวตรอน ที่มีพลังอัดมัดโปรตอนติดอยู่ด้วยกันได้ (nuclear strong force : พลังนิวเคลียร์ก็มาจากตรงนี้แหละ) พลังกาวตราช้างนี้ มากกว่าแรงผลักทางไฟฟ้าเป็นร้อยเท่า แกนกลางของอะตอมหรือนิวเคลียสนี้ จึงมีนิวตรอนอยู่ด้วยเสมอ (ยกเว้นไฮโดรเจนอย่างที่กล่าวไปแล้ว เพราะมีโปรตอนอยู่หนึ่งเดียว ไม่ต้องไปผลักกับใคร) ส่วนใหญ่จะเท่ากับจำนวนโปรตอน แต่ถ้าธาตุหนักมากขึ้น โปรตอนนิวตรอนตัวต่อตัวกลัวจะเอาไม่อยู่ มีการเพิ่มจำนวนนิวตรอนบ้างเหมือนกัน


การเกิดธาตุหนักจึงเกิดในใจกลางดวงดาวเท่านั้น เพราะมีทั้งอุณหภูมิและแรงดันสูงมากพอ ถ้าดาวดวงใหญ่ขึ้นก็จะได้ธาตุหนักขึ้น และถ้าจะให้เกิดธาตุหนักสุดๆนั้น ไม่ใช่แค่ดวงดาวธรรมดา แต่ต้องเป็นระดับ ซูเปอร์โนว่า โน่นเลย


ดังนั้น การที่เราสามารถทำเหมือง ขุดแร่ธาตุหนักๆขึ้นมาได้จากใต้ ดิน แสดงว่า โลกของเรา เป็นเศษซากของซูเปอร์โนว่า กระเด็นมาเจอดวงอาทิตย์ แล้ววิ่งวนจนเย็นลง เราไม่ใช่ส่วนของดวงอาทิตย์ที่ถูกเหวี่ยงออกมา


แล้วธาตุตามธรรมชาติที่หนักที่สุดนั้น คืออะไร?


ยูเรเนียมครับ หมายเลขที่ 92 เพราะมีโปรตอน 92 ตัว ส่วนธาตุที่หนักกว่านี้ เป็นชนิด “มนุษย์สร้าง” (artificial) ครับ ทำได้โดยการเร่งปฏิกิริยาให้อนุภาควิ่งเร็วจี๋ เช่นหนึ่งในสิบของความเร็วแสง เอาไปชนกัน


ครั้งแรกที่ทำได้ เกิดขึ้นในปี 1939 ที่ Berkeley มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เป็นธาตุที่ 93 ชื่อว่า ”เนปจูเนียม”


2 ปีต่อมา ทีมงานเดียวกันนี่แหละ ถล่มยูเรเนียม ด้วย “ไฮโดรเจนหนัก” (heavy hydrogen) คือไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนแถมเข้าไปหนึ่งตัว ผลที่ได้ คือ “พลูโตเนียม” ธาตุที่ 94


พลูโตเนียม เป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีเช่นเดียวกับยูเรเนียม ที่แตกตัว และสลายตัวเป็นธาตุอื่น (decay & fusion) พร้อมทั้งปล่อยพลังงานออกมามหาศาล และถูกนำไปใช้ในการสร้างระเบิดปรมาณู “Fat Man” ที่นำไปทิ้งที่นางาซากิ ประเทศญี่ปุ่น เมื่อเดือนสิงหาคม 1945


คงเดากันได้ว่า การค้นพบพลูโตเนียม ต้องถูกเก็บไว้เป็นความลับจนสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง ด้วยเหตุผลทางการทหาร


สงครามสงบ สงครามเย็นก็ตามมา แข่งกันวิจัยหาธาตุใหม่ โดยคู่กัดเจ้าเก่า คือ อเมริกา-รัสเซีย โดยรัสเซียได้สร้างศูนย์วิจัยแห่งใหม่ คือ Joint Institute of Nuclear Research (JINR) ที่ Dubna กรุงมอสโก ในปี 1956


ช่วงแรกของเกม อเมริกันยังนำอยู่ ดังนั้น ธาตุที่ 95, 97 และ 98 (กระโดดข้าม 96 ไป) จึงมีชื่อว่า americium, berkelium และ californium


ต่อมา การพบธาตุใหม่ ยิ่งมีวิธีการค้นที่แปลกประหลาดหนักเข้าไปอีก คือไปวิจัย “ซากขยะ” (debris) จากระเบิดไฮโดรเจนที่อเมริกันทดลองในช่วงทศวรรษ 1950 เพราะยูเรเนียมถูกหลอมเป็นธาตุใหม่ คราวนี้ชื่อธาตุที่ 99 และ 100 จึงเปลี่ยนจากชื่อสถานที่ เป็นชื่อผู้ที่เปิดโลกวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ คือ “einsteinium” สำหรับ Albert Einstein และ “fermium” สำหรับ Enrico Fermi


สงครามเย็น ยังลามมาถึงการอ้างว่า ใครเป็นผู้พบธาตุใหม่เป็นคนแรก


ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ถึงต้นปี 1970 อเมริกันกับรัสเซีย เถียงกันว่าใครเป็นผู้พบธาตุที่ 102, 104, 105 และ 106 เป็นคนแรก ยืดเยื้อมาจนถึงปี 1997 ถึงได้แบ่งกัน ยก 104 (rutherfordium) ให้อเมริกัน และยก 105 (dubnium) ให้รัสเซีย


ขณะเดียวกัน ข้ออ้างว่า ธาตุที่ 107 ใครเป็นคนพบคนแรก รัสเซียก็เจอคู่แข่งหน้าใหม่ในยุทธจักร คือเยอรมัน ซึ่งได้สร้างศูนย์วิจัย “Laboratory for Heavy Ion Research” (มีตัวย่อเป็นภาษาเยอรมันว่า GSI) ขึ้นที่ Darmstadt สุดท้ายกรรมการกลางตัดสินว่า รัสเซียกับเยอรมัน เอาเครดิตไปคนละครึ่งก็แล้วกัน


เจ้าใหม่คือ GSI ของเยอรมัน นี่มาแปลก ก่อนหน้านั้นอเมริกันกับรัสเซียใช้แต่วิธียิงถล่ม (bombard) ธาตุหนัก ด้วยธาตุที่เบากว่า ส่วนเยอรมันใช้วิธีเอาธาตุหนักปานกลางมา “merge” หรือรวมกัน อย่างเช่น เอาไอออนของสังกะสี นิเกิล และโครเมียม มายิงใส่ตะกั่วและบิสมัท ด้วยวิธีการนี้ ธาตุที่ 108 จึงทำที่เยอรมัน และมีชื่อว่า “hassium”


มาถึงสมัยนี้ หมดยุคสงครามเย็นแล้ว คราวนี้ทั้งสามเจ้า คือ อเมริกัน-รัสเซีย-เยอรมัน จึงจับมือกัน ส่งทีมงานเข้าไปช่วยกันวิจัย ธาตุสุดท้ายของตาราง คือ 118 ก็เกิดจากการวิจัยร่วมกันโดยรัสเซียเป็น leader


หนทางไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบเสียทั้งหมด รัสเซียไม่ happy กับธาตุที่ 113 เพราะมีเจ้าใหม่เข้ามาคือ ญี่ปุ่น ได้สร้างศูนย์ RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science ที่เมือง Saitama และอ้างว่าได้ศึกษามาก่อน เถียงกันมานานยืดเยื้อ จนเพิ่งจะมาจบลงเมื่อปี 2016 นี่เอง โดยญี่ปุ่นชนะ (ไม่รู้ว่าการเมืองหรือเปล่า)


ถึงคราวตั้งชื่อก็อุตลุดดี เพราะญี่ปุ่นไม่เคยตั้งมาก่อน จึงมีตัวเลือกกันหลายชื่อ เช่น japonium ตามประเทศ หรือ nishinanium ตามชื่อ Yoshio Nishina ผู้ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นบิดาของการวิจัยฟิสิกส์สมัยใหม่ของญี่ปุ่น หรือ rikenium ตามชื่อสถาบัน สุดท้ายทีมงานก็ประชุมกัน เลือกชื่อ japonium คนที่ไม่ใช่ญี่ปุ่นจะได้รู้ว่าเป็นของญี่ปุ่นได้ง่าย


ไม่น่าเชื่อว่า ชื่อ japonium นี้ ไม่ผ่านคณะกรรมการกลาง ถูกตีตก เพราะคำว่า “jap” นั้นไม่สุภาพ (อ้าว!) คนอเมริกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง จะเรียกคนญี่ปุ่นว่าพวก Jap (คงเหมือนกับคำว่า “ไอ้ยุ่น” ของคนไทยบางคนที่ไม่ชอบญี่ปุ่นละมั้ง) และภายหลังสงคราม พวกอเมริกันก็ยังเรียกพวกผู้หญิงที่มีเชื้อสายยิวในทำนองกระแนะกระแหนอีกว่า “Jewish-American Princess : JAP”


เลยต้องเลี่ยงไปใช้ชื่ออื่นที่มีความหมายเดียวกัน ตอนแรก เปลี่ยนเป็น nipponium เพราะ nippon คือ ญี่ปุ่น ก็ติดตรงตัวย่อ Np ไปซ้ำกับ ธาตุที่ 93 “neptunium” สุดท้าย มาลงเอยที่คำว่า “nihonium” (Nh) เพราะ “nihon” ก็แปลว่า “ญี่ปุ่น” เหมือนกัน


พวกเราส่วนใหญ่ว่างเว้นไม่ได้ติดตามเรื่องราวข่าวสารทางเคมีนี้มานาน จำกันได้แต่ว่า ตารางธาตุสมัยเรียนนั้น มันแหว่งๆวิ่นๆ มีธาตุไม่ครบช่อง พอสหประชาชาติประกาศโครมครามว่า ปีนี้เป็นปีของตารางธาตุ จึงเพิ่งจะรู้ว่า ตารางธาตุทั้ง 118 ช่องนั้น เขาพบธาตุทั้งหมดเต็มครบทุกช่องแล้วครับ! และธาตุหนักที่สุดธาตุสุดท้ายอันดับที่ 118 ที่อยู่ขวาสุดล่างสุด ที่เพิ่งเติมเต็มหลังสุด เมื่อปลายปี 2016 นี่เอง พร้อมกับอีก 3 ธาตุ คือ 113, 115 และ 117 แต่รอมาฉลองปีนี้ เพราะเป็นปีที่เลขสวย คือครบ 150 ปีนับตั้งแต่ตารางธาตุนี้เกิดขึ้นมาในปี 1869 ธาตุสุดท้ายนี้จึงตั้งชื่อว่า “oganesson” (Og) เพื่อเป็นการให้เกียรตินักนิวเคลียร์ฟิสิกส์ที่ค้นหาธาตุที่หนักที่สุดนี้มา กว่าหกสิบปี คือ Yuri Oganessian (เพิ่งเป็นครั้งที่สองที่ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่ยังมีชีวิตอยู่ ครั้งแรกคือ ธาตุที่ 106 Seaborgium ตั้งชื่อตาม Glenn Seaborg) เห็นชื่อ ทายไม่ผิดหรอกครับว่า เป็นชาวรัสเซีย


ตารางธาตุ ถือกำเนิดโดยชาวรัสเซีย และตบท้าย ปิดแถวที่เจ็ดของตาราง ด้วยชาวรัสเซียอีกเช่นกัน! แปลกดีนะ.


... @_@ ...

Ref:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Periodic_table