Ilmuwan Memunculkan Cahaya dari Ruang Hampa

Nilai utama dari eksperimen ini adalah, hal ini meningkatkan pemahaman kita tentang konsep fisik dasar, seperti fluktuasi vakum - partikel virtual yang muncul dan menghilang secara konstan dalam vakum. 

Para ilmuwan di Chalmers University of Technology telah berhasil menciptakan cahaya dari ruang hampa (vakum) – mengamati efek yang pernah diprediksi lebih dari 40 tahun yang lalu. Hasilnya dipublikasikan dalam jurnal Nature. Dalam sebuah percobaan yang inovatif, para ilmuwan telah berhasil menangkap beberapa foton yang terus-menerus muncul dan menghilang dalam vakum. 

Percobaan ini didasarkan pada salah satu yang paling berlawanan dengan intuisi, namun merupakan salah satu prinsip yang paling penting dalam mekanika kuantum: bahwa vakum tidak berarti kehampaan yang kosong. Bahkan, vakum penuh dengan berbagai partikel yang terus berfluktuasi masuk dan keluar dari keberadaan. Mereka muncul, ada untuk sesaat dan kemudian menghilang lagi. Karena keberadaan mereka sangat singkat, mereka biasanya disebut sebagai partikel virtual. 

Ilmuwan Chalmers, Christopher Wilson bersama rekan-rekannya telah berhasil membuat foton-foton meninggalkan keadaan virtual mereka dan menjadi foton nyata, yaitu cahaya yang terukur. Pada tahun 1970, fisikawan Moore memprediksi bahwa ini bisa terjadi jika foton virtual dimungkinkan untuk memantulkan sebuah cermin yang bergerak pada kecepatan yang hampir setara dengan kecepatan cahaya. Fenomena, yang dikenal sebagai efek Casimir dinamis ini, kini telah terobservasi untuk pertama kalinya dalam sebuah eksperimen brilian yang dilakukan oleh para ilmuwan Chalmers.

“Karena tidak mungkin membuat cermin untuk bisa bergerak cukup cepat, kami telah mengembangkan metode lain untuk mencapai efek yang sama,” jelas Per Delsing, Profesor Fisika Eksperimental di Chalmers. “Daripada memvariasikan jarak fisik ke cermin, kami memvariasikan jarak listrik ke sirkuit pendek listrik yang bertindak sebagai cermin untuk gelombang mikro.”

Dalam percobaan para ilmuwan Chalmers, foton virtual mementalkan "cermin" yang bergetar pada kecepatan yang hampir setingkat kecepatan cahaya. Cermin bulat pada gambar adalah sebuah simbol, dan di bawahnya adalah komponen elektronik kuantum (disebut sebagai SQUID), yang bertindak sebagai cermin. Hal ini memunculkan foton yang nyata (berpasangan) dalam ruang hampa. (Kredit: Philip Krantz, Chalmers) 

“Cermin” terdiri dari komponen elektronik kuantum yang disebut sebagai SQUID (perangkat interferensi kuantum superkonduktor), yang sangat sensitif terhadap medan magnet. Dengan mengubah arah medan magnet beberapa milyar kali per detik, para ilmuwan mampu membuat “cermin” bergetar pada kecepatan hingga 25 persen dari kecepatan cahaya. 

“Hasilnya, foton muncul berpasangan dari vakum, yang bisa kita ukur dalam bentuk radiasi gelombang mikro,” kata Per Delsing. “Kami juga mampu membuktikan bahwa radiasi memiliki sifat-sifat yang sama di mana dalam teori kuantum menyebutkan memang seharusnya dimiliki radiasi jika foton muncul berpasangan dengan cara ini.” 

Apa yang terjadi selama percobaan adalah bahwa “cermin” mentransfer beberapa energi kinetiknya ke foton virtual, yang membantu mereka untuk terwujud. Menurut mekanika kuantum, ada berbagai jenis partikel virtual dalam vakum, seperti yang disebutkan sebelumnya. Göran Johansson, seorang professor fisika teoretis, menjelaskan bahwa alasan mengapa foton-foton muncul dalam percobaan ini adalah karena mereka kurang massa.

“Energi yang relatif sedikit dengan demikian diperlukan dalam rangka membangkitkan mereka dari keadaan virtual mereka. Pada prinsipnya, kita juga bisa membuat partikel lainnya dari vakum, seperti elektron atau proton, tapi itu akan membutuhkan energi yang lebih banyak. “ 

Para ilmuwan menemukan foton yang muncul berpasangan dalam percobaan yang menarik ini untuk mempelajari detailnya dengan lebih dekat. Foton-foton ini mungkin dapat digunakan dalam bidang penelitian informasi kuantum, yang meliputi pengembangan komputer kuantum.

Bagaimanapun juga, nilai utama dari eksperimen ini adalah, hal ini meningkatkan pemahaman kita tentang konsep fisik dasar, seperti fluktuasi vakum – partikel virtual yang muncul dan menghilang secara konstan dalam vakum. Diyakini bahwa fluktuasi vakum mungkin berhubungan dengan “energi gelap” yang mendorong percepatan ekspansi alam semesta. Penemuan percepatan ini diakui tahun ini dengan penganugerahan Hadiah Nobel dalam Fisika. 

Kredit: Chalmers University of Technology
Jurnal: C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, P. Delsing. Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit. Nature, 17 November 2011; 479, 376–379. DOI: 10.1038/nature10561 

Sumber : FaktaIlmiah, 17 November 2011