Dalam dunia fisika yang menakjubkan, hal yang tidak mungkin, meskipun tidak segera, tetapi masih menjadi mungkin. Dan akhir-akhir ini, para ilmuwan telah berhasil mencapai hal-hal yang sangat mustahil. Sains sedang berkembang. Hanya satu monster pasta yang tahu apa lagi yang menunggu kita di perutnya yang paling rahasia. Hari ini kita akan menganalisis lusinan hal, keadaan, dan objek tidak nyata yang menjadi mungkin berkat fisika modern.
Temperatur yang sangat rendah
Di masa lalu, para ilmuwan tidak dapat mendinginkan objek di bawah apa yang disebut ambang batas "kuantum batas". Untuk mendinginkan sesuatu ke keadaan seperti itu, perlu menggunakan laser dengan atom yang bergerak sangat lambat dan menekan getaran penghasil panas yang mereka hasilkan.
Namun, fisikawan telah menemukan solusi yang tepat. Mereka menciptakan drum getar aluminium yang sangat kecil dan mampu mendinginkannya hingga 360 µK, yang merupakan 10.000 kali suhu di kedalaman ruang angkasa.
Diameter bedug hanya 20 mikrometer (diameter rambut manusia 40-50 mikrometer). Dimungkinkan untuk mendinginkannya hingga suhu yang sangat rendah berkat teknologi baru yang disebut "cahaya yang diperas", di mana semua partikel memiliki arah yang sama. Ini menghilangkan getaran yang menghasilkan panas di laser. Meskipun drum telah didinginkan hingga suhu serendah mungkin, ini bukanlah jenis materi yang paling dingin. Judul ini milik kondensat Bose-Einstein. Meski begitu, prestasi memegang peranan penting. Karena suatu hari metode dan teknologi serupa dapat menemukan aplikasinya untuk membuat elektronik ultra cepat, serta membantu dalam memahami perilaku aneh material di dunia kuantum, mendekati sifat mereka hingga batas fisik.
Video promosi:
Cahaya paling terang
Cahaya matahari sangat menyilaukan. Sekarang bayangkan cahaya satu miliar matahari. Dialah yang baru-baru ini diciptakan oleh fisikawan di laboratorium, pada kenyataannya, telah menciptakan cahaya buatan paling terang di Bumi, yang, terlebih lagi, berperilaku dengan cara yang sangat tidak terduga. Itu mengubah penampilan objek. Namun, ini tidak tersedia untuk penglihatan manusia, jadi tetap mengambil kata-kata fisikawan.
Lubang hitam molekuler
Sekelompok fisikawan baru-baru ini menciptakan sesuatu yang berperilaku seperti lubang hitam. Untuk melakukan ini, mereka mengambil laser sinar-X paling kuat di dunia Linac Coherent Light Source (LCLS) dan menggunakannya untuk menumbuk molekul iodometana dan iodobenzene. Awalnya, pulsa laser diharapkan untuk melumpuhkan sebagian besar elektron dari orbit atom yodium, meninggalkan ruang hampa di tempatnya. Dalam eksperimen dengan laser yang lebih lemah, kekosongan ini, biasanya, segera diisi dengan elektron dari batas terluar orbit atom. Ketika laser LCLS mengenai, proses yang diharapkan benar-benar dimulai, tetapi kemudian fenomena yang benar-benar menakjubkan mengikuti. Setelah menerima tingkat kegembiraan seperti itu, atom yodium mulai benar-benar melahap elektron dari atom hidrogen dan karbon di dekatnya. Dari luar, tampak seperti lubang hitam kecil di dalam molekul.
Pulsa laser selanjutnya melumpuhkan elektron yang tertarik, tetapi kekosongan tersebut semakin menarik. Siklus diulangi sampai seluruh molekul meledak. Menariknya, atom molekul yodium adalah satu-satunya yang menunjukkan perilaku seperti itu. Karena rata-rata lebih besar dari yang lain, ia mampu menyerap sejumlah besar energi sinar-X dan kehilangan elektron aslinya. Kehilangan ini meninggalkan atom dengan muatan positif yang cukup kuat, yang dengannya ia menarik elektron dari atom lain yang lebih kecil.
Hidrogen metalik
Itu telah disebut "Holy Grail of High Pressure Physics", tetapi sampai saat ini tidak ada yang berhasil mendapatkannya. Kemungkinan untuk mengubah hidrogen menjadi logam pertama kali diumumkan pada tahun 1935. Fisikawan pada masa itu menyatakan bahwa transformasi seperti itu dapat terjadi karena tekanan yang sangat kuat. Masalahnya, teknologi pada masa itu tidak dapat menciptakan tekanan seperti itu.
Pada 2017, tim fisikawan Amerika memutuskan untuk kembali ke ide lama, tetapi mengambil pendekatan berbeda. Percobaan dilakukan di dalam perangkat khusus yang disebut catok berlian. Tekanan yang dihasilkan oleh catok ini dihasilkan oleh dua berlian sintetis yang terletak di kedua sisi mesin cetak. Berkat perangkat ini, tekanan luar biasa tercapai: lebih dari 71,7 juta psi. Bahkan di pusat bumi, tekanannya lebih rendah.
Chip komputer dengan sel-sel otak
Menghirup kehidupan ke dalam elektronik, cahaya suatu hari nanti bisa menggantikan listrik. Fisikawan menyadari potensi cahaya yang luar biasa beberapa dekade yang lalu, ketika menjadi jelas bahwa gelombang cahaya dapat bergerak paralel satu sama lain dan dengan demikian melakukan banyak tugas secara bersamaan. Elektronik kami bergantung pada transistor untuk membuka dan menutup jalur listrik untuk bepergian. Skema ini memberlakukan banyak batasan. Namun, baru-baru ini para ilmuwan telah menciptakan penemuan yang menakjubkan - sebuah chip komputer yang meniru kerja otak manusia. Berkat penggunaan berkas cahaya yang berinteraksi yang bekerja seperti neuron di otak yang hidup, chip ini benar-benar dapat "berpikir" dengan sangat cepat.
Sebelumnya, para ilmuwan juga dapat membuat jaringan saraf tiruan sederhana, tetapi peralatan semacam itu membutuhkan beberapa tabel laboratorium. Dianggap tidak mungkin untuk membuat sesuatu dengan efisiensi yang sama, tetapi dengan ukuran yang jauh lebih kecil. Namun itu berhasil. Chip berbasis silikon ini hanya berukuran beberapa milimeter. Dan dia melakukan operasi komputasi menggunakan 16 neuron terintegrasi. Itu terjadi seperti ini. Sebuah sinar laser disuplai ke chip, yang terbagi menjadi beberapa balok, yang masing-masing berisi nomor sinyal atau informasi yang tingkat kecerahannya berbeda-beda. Intensitas keluaran laser memberikan jawaban untuk masalah numerik atau informasi apa pun yang memerlukan solusi.
Bentuk materi yang mustahil
Ada jenis materi yang disebut "padatan superfluida". Dan sebenarnya, masalah ini tidak seburuk yang terlihat dari namanya. Faktanya adalah bahwa bentuk materi yang sangat aneh ini memiliki karakteristik struktur kristal dari benda padat, tetapi pada saat yang sama ia juga berbentuk cair. Paradoks ini tetap tidak disadari untuk waktu yang lama. Namun, pada tahun 2016, dua kelompok ilmuwan independen (Amerika dan Swiss) menciptakan materi, yang secara sah dapat dikaitkan dengan sifat padatan superfluida. Menariknya, kedua tim menggunakan pendekatan berbeda dalam menciptakannya.
Swiss menciptakan kondensat Bose-Einstein (materi terdingin yang diketahui) dengan mendinginkan gas rubidium ke suhu yang sangat rendah. Kemudian kondensat ditempatkan dalam instalasi dua ruang, di setiap ruang di mana cermin kecil dipasang satu sama lain. Sinar laser diarahkan ke kamera, yang memicu transformasi. Partikel gas, sebagai respons terhadap aksi laser, membangun struktur kristal padatan, tetapi secara umum materi tersebut mempertahankan sifat fluida.
Orang Amerika memperoleh materi hibrid serupa berdasarkan kondensat atom natrium, yang juga sangat dingin dan terkena laser. Yang terakhir digunakan untuk menggeser massa jenis atom sebelum munculnya struktur kristal dalam bentuk cair.
Cairan massa negatif
Pada 2017, fisikawan menciptakan hal yang sangat keren: bentuk materi baru yang bergerak menuju gaya yang menolaknya. Meskipun sebenarnya bukan bumerang, materi ini memiliki apa yang Anda sebut massa negatif. Dengan massa positif, semuanya jelas: Anda memberikan percepatan pada beberapa benda, dan benda itu mulai bergerak ke arah transmisi percepatan ini. Namun, para ilmuwan telah menciptakan cairan yang bekerja sangat berbeda dari apa pun di dunia fisik. Saat didorong, ia berakselerasi ke sumber percepatan yang digunakan.
Dan lagi-lagi kondensat Bose-Einstein datang menyelamatkan dalam hal ini, yang perannya adalah atom rubidium yang didinginkan hingga suhu sangat rendah. Dengan demikian, para ilmuwan telah memperoleh cairan superfluida dengan massa normal. Kemudian mereka memampatkan atom dengan laser. Kemudian, dengan set laser kedua, mereka sangat menggairahkan atom, sedemikian rupa sehingga mereka mengubah putarannya. Ketika atom-atom dibebaskan dari cengkeraman laser, reaksi cairan biasa adalah dorongan untuk berpindah dari pusat fiksasi, yang sebenarnya bisa diartikan sebagai dorongan. Namun, cairan superfluida yang terbuat dari rubidium, yang atom-atomnya diberi percepatan yang cukup, tetap berada di tempatnya saat dilepaskan dari cengkeraman laser, dengan demikian menunjukkan massa negatif.
Kristal waktu
Ketika Frank Wilczek, peraih Nobel, pertama kali mengusulkan ide kristal waktu, kedengarannya gila. Khususnya di bagian yang menjelaskan bahwa kristal-kristal ini dapat bergerak, sementara tetap dalam keadaan diam, yaitu menunjukkan tingkat energi materi yang paling rendah. Tampaknya tidak mungkin, karena energi diperlukan untuk gerakan, dan teori, pada gilirannya, mengatakan bahwa praktis tidak ada energi dalam kristal semacam itu. Wilczek percaya bahwa gerakan abadi dapat dicapai dengan mengubah keadaan dasar atom kristal dari diam menjadi periodik. Ini bertentangan dengan hukum fisika yang kita ketahui, tetapi pada 2017, 5 tahun setelah Wilczek menyarankannya, fisikawan menemukan cara untuk melakukannya. Hasilnya, kristal waktu diciptakan di Universitas Harvard, di mana pengotor nitrogen "berputar" dalam berlian.
Cermin Bragg
Cermin Bragg tidak terlalu reflektif dan terdiri dari 1000-2000 atom. Tetapi ia mampu memantulkan cahaya, yang membuatnya berguna di mana pun cermin kecil dibutuhkan, seperti dalam elektronik canggih. Bentuk cermin seperti itu juga tidak biasa. Atomnya tersuspensi dalam ruang hampa dan menyerupai rantai manik-manik. Pada 2011, sekelompok ilmuwan Jerman berhasil menciptakan cermin Bragg, yang saat itu memiliki tingkat refleksi tertinggi (sekitar 80 persen). Untuk melakukan ini, para ilmuwan telah menggabungkan 10 juta atom dalam satu struktur kisi.
Namun, kemudian, tim peneliti dari Denmark dan Prancis menemukan cara untuk secara signifikan mengurangi jumlah atom yang dibutuhkan, dengan tetap mempertahankan efisiensi reflektif yang tinggi. Alih-alih saling mengikat satu sama lain, atom ditempatkan di sepanjang serat optik mikroskopis. Dengan penempatan yang benar, kondisi yang diperlukan muncul - gelombang cahaya dipantulkan kembali ke titik asalnya. Ketika cahaya ditransmisikan, beberapa foton keluar dari serat dan bertabrakan dengan atom. Efisiensi reflektif yang ditunjukkan oleh tim Denmark dan Prancis sangat berbeda dan masing-masing sekitar 10 dan 75 persen. Namun demikian, dalam kedua kasus tersebut, cahaya kembali (yaitu, dipantulkan) ke titik asalnya.
Selain keuntungan yang menjanjikan dalam perkembangan teknologi, cermin semacam itu dapat berguna dalam perangkat kuantum, karena atom juga menggunakan medan cahaya untuk berinteraksi satu sama lain.
Magnet 2D
Fisikawan telah mencoba membuat magnet dua dimensi sejak tahun 1970-an tetapi selalu gagal. Magnet 2D sejati harus mempertahankan sifat magnetnya, bahkan ketika dipisahkan menjadi dua dimensi, atau hanya setebal satu atom. Para ilmuwan bahkan mulai meragukan bahwa hal seperti itu mungkin terjadi.
Namun, pada Juni 2017, fisikawan yang menggunakan kromium triiodida akhirnya mampu menciptakan magnet dua dimensi. Koneksinya ternyata sangat menarik dari beberapa sisi sekaligus. Struktur kristal berlapisnya sangat bagus untuk meruncing, dan, sebagai tambahan, elektronnya memiliki arah putaran yang diinginkan. Sifat-sifat penting ini memungkinkan kromium triiodida mempertahankan sifat magnetisnya bahkan setelah struktur kristalnya direduksi menjadi ketebalan lapisan atom terakhir.
Magnet 2D pertama di dunia dapat diproduksi pada suhu yang relatif tinggi -228 derajat Celcius. Sifat magnetisnya berhenti bekerja pada suhu kamar, karena oksigen menghancurkannya. Namun, eksperimen terus berlanjut.
NIKOLAY KHIZHNYAK
