กล้องจุลทรรศน์ปฏิสาร
(The Antimatter Microscope)

สสาร(matter) และปฏิสสาร (antimatter) นำมารวมกันไม่ได้ แต่สามารถใช้ตรวจสอบกันและกันได้ จากรายงานที่ตีพิมพ์ใน PRL ฉบับวันที่ 6 สิงหาคม ได้แสดงผลการทดลองของการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใหม่ ที่ใช้โพสิตรอน ซึ่งมีคุณสมบัติตรงข้ามกับอิเล็กตรอน (anti-electrons) ในการถ่ายภาพพื้นผิวของวัตถุ ในรายงานนั้นแสดงให้เห็นว่า โพสิตรอนสามารถแสดงรายละเอียดได้ดีกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน รวมทั้งสามารถแสดงรายละเอียดเกี่ยวกับชนิดของวัตถุด้วย อาจมีการนำกล้องจุลทรรศน์โพสิตรอนแบบส่องกราด (scanning positron microscope: SPM) มาใช้เป็นเครื่องมือในงานตรวจสอบวัสดุในไม่ช้านี้

Werner Triftshouser และเพื่อนร่วมงาน ที่มหาวิทยาลัยการทัพบก กรุงมิวนิค ประเทศเยอรมันนี คิดว่า โพสิตรอนน่าจะใช้ถ่ายภาพรอยตำหนิบนผิวของสารกึ่งตัวนำ ที่ให้ภาพถ่ายคุณภาพสูง เนื่องจากมีประจุบวก โพสิตรอนจึงสามารถเคลื่อนที่ไปในส่วนที่เรียกว่า vacancies ซึ่งเป็นตำแหน่งบนผลึก หรือพื้นผิว ซึ่งไม่มีประจุบวกของนิวเคลียส เมื่อไม่มีนิวเคลียส จึงมีจำนวนอิเล็กตรอนบริเวณนั้นจำนวนน้อย โพสิตรอนจึงอยู่ได้นานกว่าก่อนที่เกิดการชน และเกิด annihilation กับอิเล็กตรอน ถ้าทำการวัดเวลาที่โพสิตรอนยังสามารถอยู่ได้ในวัสดุ นักวิจัยเชื่อว่าจะให้ความไวในการตรวจสอบวัสดุอย่างที่ไม่ทำได้มาก่อน Triftsh?user กล่าวว่า จากการคำนวณ โพสิตรอนมีความไวในการตรวจสอบรอยตำหนิของวัสดุได้ในระดับ 1 ในล้านส่วน ซึ่งยังไม่เคยมีวิธีการใดทำได้มาก่อน

ทีมวิจัยได้กัดชิ้นซิลิกอนเวเฟอร์ให้เป็นรูปร่างอย่างง่าย แล้ววางไว้ในตู้บรรจุตัวอย่างของกล้องจุลทรรศน์ เมื่อสแกนพื้นผิวของชิ้นงานด้วยอิเล็กตรอน ซึ่งได้ภาพแบบเดียวกับการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทั่วไป และเมื่อทำการตรวจสอบโดยใช้โพสิตรอน ซึ่งได้มาจากต้นกำเนิดเป็นสารกัมมันตรังสีของโซเดียม ส่งเข้าไปด้วยชุดของสนามไฟฟ้า ที่มีความถี่เข้ากันกับพลังงานของโพสิตรอน ซึ่งจะบีบลำโพสิตรอนให้เป็นห้วงสั้นๆ จากนั้นจะเข้าไปสู่สนามไฟฟ้าชุดถัดไปซึ่งจะเร่งให้พลังงานสูงขึ้น และโฟกัสให้เป็นลำขนาด 2 ไมโครเมตร ลงไปยังพื้นผิวของซิลิกอน เมื่อทำการวัดเวลาระหว่างจังหวะของโพสิตรอนกับเวลาที่เกิดโฟตอนขึ้นจาก annihilation ของ electron-positron ทีมวิจัยจึงสามารถสร้างภาพพื้นผิวขึ้นมาได้ พวกเขาพบว่าโพสิตรอนที่เข้าไปในรอยตำหนิ จะใช้เวลาก่อนจะเกิด annihilation เป็น 2 เท่าของบริเวณอื่น เมื่อสแกนลำโพสิตรอนไปทั้งพื้นผิว จึงสามารถสร้างภาพของรอยที่อยู่บนซิลิกอนเวเฟอร์ขึ้นมาได้

Triftsh?user ให้ข้อมูลเพิ่มเติมว่า SPM สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับชนิดของรอยบนชิ้นงานได้เช่นกัน ซึ่งเทคนิคอื่นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากโพสิตรอนจะสามารถอยู่ได้นานไม่เท่ากันในรอยที่ต่างกัน เมื่อวิเคราะห์สเปกตรัมเวลาช่วงชีวิตของโพสิตรอน จึงสามารถหาชนิดของรอยบนวัสดุ Yanching Jean จากมหาวิทยาลัยมิสซูรี ในแคนซัสซิตี กล่าวว่า การวัดเวลาช่วงชีวิตของโพสิตรอน ทำให้สามารถให้ความไวในการตรวจสอบรอยได้ถึงระดับอังสตรอม (angstrom) ขณะที่อิเล็กตรอนทำได้ในระดับไมครอน ส่วน Alexander Weiss จากมหาวิทยาลัยเท็กซัส ได้เสริมว่า อุปกรณ์ชิ้นนี้จะช่วยสนับสนุนอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ เมื่อสามารถตรวจสอบจุดบกพร่องได้ดีขึ้น ทำให้สามารถผลิตไมโครชิปได้ขนาดเล็กลง และคุณภาพดีขึ้น

ถอดความจาก The Antimatter Microscope
โดย --Geoff Brumfiel
Phys. Rev. Lett. 87, 067402
(issue of 6 August 2001)