เรื่องและภาพโดย ไอซี วริศา ใจดี
12 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ที่ฉันขลุกอยู่ในห้องแล็บ หน้าที่ของฉันคือ “การเล่น” เป็นการเล่นที่สอดคล้องกับการเรียนรู้ โดยฉันได้รับกล่องพลาสติกใบใหญ่ที่มีป้ายแปะชื่อฉันอยู่ ในกล่องสุ่มนั้นเต็มไปด้วยอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซ่ะส่วนใหญ่ มีทั้งหลอดไฟแอลอีดี ตัวต้านทาน ออสซิลโลสโกป (oscilloscope) และอีกหลายชิ้นส่วนที่ฉันไม่เคยเห็นมาก่อน พวกนี้ก็คือชิ้นส่วนที่เหลือใช้จากในแล็บนั่นแหละ ในแต่ละวันฉันต้องเล่นกับมัน เพื่อที่จะทำความรู้จักและใช้ประโยชน์จากมันให้ได้มากที่สุด ทุกสัปดาห์ที่มีการประชุมกลุ่มกัน ฉันจะได้นำเสนอว่าการเล่นของฉันนั้นสร้างสรรค์อะไรออกมาได้บ้าง ไม่ว่าจะเป็นขั้นตอน วิธีการ หรือชิ้นงานใหม่ ๆ
สัปดาห์แรกฉันลองสร้างวงจรอย่างง่ายดู อาศัยความรู้เกี่ยวกับระบบไฟฟ้าพื้นฐาน แบบว่าต่อไฟกับถ่านก้อน 9 โวลต์แล้วไฟจะติดไหม ต้องสลับขั้วบวกลบอย่างไรให้ถูก โดยต้องจดบันทึกแต่ละขั้นตอน รวมถึงต้องสังเกตปัญหาที่พบเจอ เช่นการพบว่าตัวต้านทานนั้นมีความจำเป็นมาก เพราะถ้าลืมต่อตัวต้านทานไปละก็ หลอดไฟเราอาจร้อนและระเบิดดังโพละ ! เพราะมันได้รับแรงไฟฟ้ามากเกินไป นี่แหละฉันถึงเรียกว่าเป็นการเล่น สัปดาห์ต่อมาฉันเริ่มทดลองทำอะไรที่ซับซ้อนมากขึ้น จากอุปกรณ์ที่มีอยู่หลากหลาย ฉันสร้างหลอดไฟอัตโนมัติที่จะติดเองตอนฟ้ามืด ด้วยการใช้เซนเซอร์มาจับความเข้มแสง และไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino* ที่ทำหน้าที่เป็นสมองของวงจร ใช้การเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างเงื่อนไขและกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่จะส่งไปยังหลอดไฟ เช่น ถ้าเซนเซอร์วัดความสว่างได้ต่ำกว่าค่าที่ระบุไว้จะบ่งบอกถึงว่าฟ้ามืดแล้ว เจ้าไมโครคอนโทรลเลอร์ก็จะส่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้หลอดไฟสว่างขึ้น
ภาพทางซ้ายคือวงจรที่ฉันต่อดูบนบอร์ดที่ใช้ทดลองวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (breadboard) เพื่อศึกษาการทำงานของไดโอดพลังแสง (photodiode) ที่ใช้เป็นเซนเซอร์แสง ภาพทางขวาคือ ออสซิลโลสโกป หรือเครื่องที่ใช้วัดสัญญาณไฟฟ้า ที่ฉันใช้ศึกษาผลของค่าแรงดันไฟฟ้าในวงจรเมื่อเอานิ้วไปบังเซนเซอร์ให้แสงมืดลงว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ให้สัมพันธ์กับเงื่อนไขที่จะโปรแกรมลงไปในไมโครคอนโทรลเลอร์ รวมถึงยังได้ฝึกใช้เครื่องไปด้วยเพราะต่อจากนี้จะได้ใช้บ่อย ๆ ในการอ่านค่าและบันทึกข้อมูลจากชุดทดลองของจริง
พอช่วงปลายเทอมแรก ฉันได้คิดทำโพรเจกต์ตามใจดูบ้าง เพราะฉันอยากจะตกแต่งห้องแล็บเสียหน่อยด้วยการสร้างลูกบาศก์จากหลอดไฟแอลอีดี และเขียนโปรแกรมให้แสงไฟเปิดปิดเป็นรูปแบบเพื่อจำลอง particle shower หรือปรากฏการณ์ที่เวลามีอนุภาคพลังงานสูงพุ่งผ่านชั้นบรรยากาศเราและทำอันตรกิริยาจนเกิดเป็นอนุภาคอื่น ๆ ตกลงมาเต็มไปหมด โพรเจกต์นี้ออกไปทางศิลปะเสียมากกว่า แต่ถึงกระนั้นฉันก็ได้ความรู้เรื่องการต่อวงจร การบัดกรี การใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมวงจรที่มีความซับซ้อน และแน่นอนที่สุดคือความภูมิใจ เมื่อมันได้ผลตามคาดหวังโดยที่ไม่มีอะไรระเบิดหรือลุกเป็นไฟ !
โพรเจกต์ศิลปะหลอดไฟที่ฉันทดลองทำเพื่อฝึกใช้ไมโครคอนโทรเลเลอร์และการต่อวงจร
ฉันยังได้ประยุกต์ใช้ทักษะจากการเล่นในแล็บทั้งเทอมกับงานประดิษฐ์อื่น ๆ อีกมากมาย อย่างถุงเท้าปลุกจั๊กจี้ที่ฉันเขียนลงในสาระวิทย์ฉบับที่ 113 เดือนสิงหาคม พ.ศ. 2565 และ Focus Bot หุ่นยนต์ช่วยเรียนที่ลงในสาระวิทย์ฉบับที่ 121 เดือนเมษายน พ.ศ. 2566 และแล้วเมื่อความคิดสร้างสรรค์มารวมกับทักษะที่ใช่ อะไร ๆ ก็เป็นไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด
ที่ฉันกล่าวมาข้างต้นทั้งหมดนี้เป็นเพียงการเตรียมพร้อมก่อนเข้าสู่การทำงานวิจัยของจริง โดยกลุ่มของเราที่เวลส์ลีย์คอลเลจรับผิดชอบการสร้างชุดทดลองที่จำลองสภาพแวดล้อมของเครื่องตรวจวัดอาร์กอนเหลว แต่เป็นแบบขนาดเล็กในห้องแล็บ เพื่อใช้เป็นเครื่องทดสอบ Q-Pix ที่กำลังพัฒนาในสเกลเล็ก ๆ ก่อน เป็นขั้นตอนสำคัญที่จะพาเราไปสู่การผลิตในสเกลที่ใหญ่ขึ้นสำหรับการตรวจจับนิวทริโนจริง ฉันเลยได้มีส่วนร่วมในการออกแบบชุดทดลองเหล่านี้
อย่างที่เล่าให้ฟังในฉบับก่อนหน้า LArTPC ที่ใช้ตรวจจับนิวทริโนนั้นมีขนาดใหญ่มหึมา เราจึงต้องหาวิธีทำให้การอ่านค่าสัญญาณที่เกิดขึ้นในถังนั้นแม่นยำและรวดเร็วที่สุด โดยมีแนวความคิดที่ว่าจะทำเป็นเครื่องตรวจจับแบบพิกเซล อย่างเทคโนโลยีชื่อ Q-Pix แต่ละตำแหน่งในแผงตรวจจับเป็นวงจรเล็กจิ๋วที่คอยเก็บข้อมูลของอนุภาคที่เดินทางมาถึง พอรวมข้อมูลจากทุก ๆ พิกเซลก็มาประกอบกันเป็นภาพเส้นทางเดินของอนุภาคที่ใช้ในการศึกษาถึงชนิดอนุภาคและพลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกมา ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยให้เราระบุได้ว่านิวทริโนที่เดินทางเข้ามานั้นเป็นรสชาติอะไรก่อนสลายตัวออกมา
งานที่ฉันต้องรับผิดชอบเมื่อเริ่มต้นเข้าสู่การทำวิจัยควบคู่ไปกับการอ่านงานวิจัยกองโตคือ ฉันได้เข้าฝึกการทำงานกับเครื่องสุญญากาศ (vacuum) และแก๊สภายใต้ความดัน (pressured gas) อย่างปลอดภัย ในแล็บเราเต็มไปด้วยถังแก๊สจำนวนมากเพื่อใช้เติมเข้าไปในตู้สุญญากาศ (vacuum chamber) ที่เราจะใส่ตัวเซนเซอร์เข้าไปในการทดลอง ตรงนี้ต้องใช้ความระมัดระวังสูงในการเตรียมและคอยคุมไม่ให้ความดันสูงเกินระดับปลอดภัยไปได้ ยิ่งได้ใช้เวลาอยู่ในห้องแล็บ ได้ร่วมแก้ปัญหาต่าง ๆ ได้ทำงานที่หลากหลาย อย่างการเขียนโคดมาสร้างแบบจำลองเพื่อใช้เทียบกับผลการทดลอง การวาดแผงวงจรเพื่อส่งให้ทางโรงงานผลิตออกมาใช้สำหรับชุดทดลองของเราโดยเฉพาะ การใช้เครื่องมือตัดชิ้นส่วนมาประกอบเป็นโครงสร้างที่ยึดอุปกรณ์ต่างๆให้อยู่กับที่ หรือแม้แต่การออกแบบโลโกให้กลุ่ม แน่นอนว่าเด็กสายวิทย์ผสมศิลป์อย่างฉันรับทุกบทบาท เพราะทุกทักษะที่ได้ลงมือทำล้วนมีความสำคัญ ฉันเรียนรู้ว่าทุกขั้นตอนของการทำงานในแล็บนั้นมีคุณค่ามาก ๆ และเป็นคำตอบของคำถามที่ฉันสงสัยมานานว่า “ในแต่ละวันนักวิทยาศาสตร์ทำอะไรกันบ้างนะ”
ภาพโลโกกลุ่มที่ฉันออกแบบให้แล็บและได้ใช้พิมพ์ลงแผงวงจรที่ใช้ในงานวิจัยของเราด้วย
ภาพตู้สุญญากาศในห้องแล็บและภาพแผงวงจรที่ฉันได้มีโอกาสไปช่วยออกแบบเลยมีโลโกที่ฉันวาดพิมพ์อยู่บนนั้นด้วย
เวลามีคนถามฉันว่า “การวิจัยฟิสิกส์ทำอะไร ?” คำตอบสั้น ๆ ของฉัน ณ จุดนี้ก็คือ การแก้ปัญหาด้วยสิ่งที่เรามีอยู่ โดยการใช้ทรัพยากรและความรู้ที่เรามีในการหาคำตอบที่นำไปสู่คำถามใหม่ ๆ ที่ไม่เคยมีใครอธิบายได้มาก่อน และแน่นอนว่าส่วนใหญ่แล้วการทดลองครั้งแรกของเรามักนำไปสู่ผลการทดลองที่ไม่เข้าเค้ากับสิ่งที่คิดไว้ในหัวเลย หรืออาจได้ผลไม่ชัดเจนที่จะอธิบายถึงเหตุได้ แต่ก็ไม่เป็นไร เราแค่กลับมาตั้งต้นออกแบบการทดลองเพื่อหาทางเติมเต็มส่วนที่หายไปนั้นให้เจอ และก็อาจต้องทำซ้ำแบบนี้ไปเรื่อย ๆ ระหว่างที่ทำไปเราก็จะได้เรียนรู้มากขึ้นจากครั้งก่อนหน้า บางทีเราอาจไม่ได้ได้คำตอบโดยตรง แต่ได้คำใบ้ที่รับรองกับเราว่านี่ไม่ใช่คำตอบ สามารถตัดทิ้งไปได้เลย ทั้งหมดทั้งมวลนี้ก็ช่วยนำพาให้เราเข้าใกล้สิ่งที่เราต้องการจะรู้มากยิ่งขึ้น สิ่งที่ได้เป็นของแถมคือความสนุกระหว่างทาง วงจรที่เราออกแบบเองกับมือและแอบใส่ภาพการ์ตูนวาดเองลงไป เพื่อนใหม่ ๆ ในแล็บที่ช่วยกันทำงาน ทักษะที่ได้สะสม และประสบการณ์ที่เอามาเล่าต่อไปได้
การเล่นที่เกิดขึ้นในห้องแล็บไร้หน้าต่างห้องนี้นับเป็นจุดเริ่มต้นเส้นทางการทำงานวิจัยของฉันอย่างเป็นทางการ และกลายมาเป็นชื่อที่ใช้ในการนำเสนอผลงานวิจัยชิ้นแรกของฉันและผองเพื่อน “Exploring The Universe From a Room With No Windows”
About Author
