โปรแกรมวิจัยทางฟิสิกส์พื้นฐาน

บทนำ

ตามที่รัฐบาลไทยได้มีนโยบาย Thailand 4.0 ซึ่งจะใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัย เปลี่ยนแปลงระบบเศรษฐกิจจากแบบเดิมที่เน้นการผลิตสินค้า “โภคภัณฑ์” เป็นการผลิตสินค้าเชิง “นวัตกรรม” เพื่อขับเคลื่อนประเทศเข้าสู่ประเทศที่มีรายได้สูง เพื่อให้คนไทยเปลี่ยนจากเดิมที่ “ทำมากได้น้อย” เป็น “ทำน้อยได้มาก” ซึ่งการสร้างนวัตกรรมและเทคโนโลยีที่ทันสมัยนั้น ต้องใช้องค์ความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มแข็ง มาสร้างฐานเทคโนโลยีที่จำเป็นต่อการผลิตนวัตกรรม ความรู้เชิงลึกทางฟิสิกส์ที่ทันสมัยมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างนวัตกรรมที่แข่งขันได้ในระดับโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้สร้างองค์ความรู้ใหม่ๆ เพิ่มมากขึ้นทุกวัน และ การผลิตสินค้าเชิงนวัตกรรมยิ่งต้องใช้องค์ความรู้ขั้นสูงในการสรรสร้างวัสดุให้มีสมบัติเฉพาะจำเป็นต่อการสร้างสรรค์นวัตกรรมตามแบบที่นวัตกรได้ออกแบบไว้ หลายครั้งต้องพัฒนาวัสดุที่มีสมบัติต่างจากที่พบในธรรมชาติ เช่น วัสดุที่สามารถนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานที่ทำงานได้ในภาวะอุณหภูมิปกติ (High Tc super conductors), วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเป็นลบ (หดตัวเมื่อร้อน), วัสดุที่สามารถแปลงพลังงานความร้อนเป็นไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ เป็นต้น

ในอดีตนั้นจำแนกสารในเชิงไฟฟ้าเป็นตัวนำและฉนวน เมื่อมีการค้นพบสารกึ่งตัวนำที่สามารถควบคุมคุณสมบัติได้ ก็นำสู่ยุคปฏิวัติอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Revolution) การค้นพบและพัฒนาเส้นใยนำแสง และผลึกที่ทวีความถี่ทางแสง (Second-harmonic crystal) นำสู่การสื่อสารความเร็วสูง ดังนั้น การพัฒนาสินค้าเชิงนวัตกรรม ในยุคนี้จำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องเกิดจากการค้นพบและพัฒนาวัสดุใหม่ที่มีสมบัติพิเศษ การพัฒนานี้จะเกิดไม่ได้เลย หากไม่มีการศึกษาวัสดุและเข้าใจทฤษฎีฟิสิกส์เชิงลึก ตัวอย่างเช่น การพัฒนาเทคนิคการคํานวณและทฤษฎีที่เหมาะสมในการศึกษาสมบัติและปรับปรุงวัสดุใหม่ ช่วยให้สามารถออกแบบโครงสร้างของวัสดุและจำลองคุณสมบัติของวัสดุในคอมพิวเตอร์ก่อนที่จะสามารถสังเคราะห์ได้จริง หรือสามารถที่จะสร้างแบบจำลองของวัสดุที่กำลังศึกษาและตรวจวัดถึงที่มาของคุณสมบัติต่างๆ ที่วัดได้ในการทดลอง การพัฒนาทฤษฎีวัสดุไปจนถึงระดับรากฐานระดับควอนตัมช่วยให้สามารถอธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในผลึก และสร้างแบบจำลองนำสู่การพัฒนาวัสดุใหม่ที่มีสมบัติทางแสง, ไฟฟ้า และแม่เหล็กตามต้องการ การพัฒนาเทคโนโลยีการลดอุณภูมิของอะตอมด้วยแสงเลเซอร์ ซึ่งต้องอาศัยความรู้ฟิสิกส์เชิงลึก นำสู่การสร้างนาฬิกาความแม่นยำสูง (Atomic clock) ทำให้ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) เกิดขึ้นได้ และเปิดโอกาสให้ศึกษาอะตอมเดี่ยวที่อาจนำสู่การสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงอย่างก้าวกระโดดเทียบกับคอมพิวเตอร์ปัจจุบันต่อไป

โครงการวิจัยภายใต้โปรแกรมวิจัยทางฟิสิกส์พื้นฐานที่ได้รับงบประมาณสนับสนุนการวิจัยและพัฒนาจากศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ ระหว่างปี พ.ศ. 2560 – 2562 นั้น ประกอบไปด้วยหัวข้อต่างๆ ดังต่อไปนี้