Eksperimen menggunakan sinar laser dan potongan material abu-abu seukuran kuku mungkin menawarkan petunjuk untuk teka-teki ilmiah mendasar: Apa hubungan antara dunia fisika klasik sehari-hari dan dunia kuantum tersembunyi yang mematuhi aturan yang sama sekali berbeda?
“Kami menemukan materi spesifik yang berada di antara keduanya,” kata Peter Armitage, asisten profesor fisika di Universitas Johns Hopkins yang menerbitkan karyanya di Nature. Enam ilmuwan dari Johns Hopkins dan Rutgers University telah mengerjakan bahan yang disebut isolator topologi yang dapat menghantarkan listrik pada permukaan setebal atom, tetapi tidak di dalam.
Insulator topologi diramalkan pada 1980-an, pertama kali ditemukan pada 2007 dan telah dipelajari secara aktif sejak saat itu. Terdiri dari ratusan elemen, bahan-bahan ini dapat menunjukkan sifat kuantum yang biasanya hanya muncul pada tingkat mikroskopis, tetapi tetap terlihat dengan mata telanjang.
Percobaan, yang telah ditulis oleh Science, telah menempatkan bahan-bahan ini dalam keadaan materi terpisah yang "menunjukkan efek mekanis kuantum makroskopik," kata Armitage. “Kami biasanya menganggap mekanika kuantum sebagai teori hal-hal kecil, tetapi dalam sistem ini, mekanika kuantum memanifestasikan dirinya pada skala panjang makroskopik. Eksperimen menjadi mungkin berkat peralatan unik yang dikembangkan di laboratorium saya."
Sebagai bagian dari percobaan, sampel bahan abu-abu gelap yang terbuat dari unsur bismut dan selenium - masing-masing memiliki panjang beberapa milimeter dan ketebalan yang bervariasi - disambar sinar terahertz yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Para peneliti mengukur cahaya yang dipantulkan saat bergerak melalui sampel material dan menemukan cetakan keadaan kuantum materi.
Secara khusus, mereka menemukan bahwa ketika cahaya melewati materi, gelombang tersebut menunjukkan karakteristik yang terkait dengan konstanta fisik yang biasanya hanya diukur dalam eksperimen skala atom. Properti ini konsisten dengan prediksi yang dibuat untuk keadaan kuantum.
Hasil ini memperdalam pemahaman tentang isolator topologi dan mungkin juga berkontribusi pada pengembangan bidang lain, yang oleh Armitage disebut sebagai "isu sentral fisika modern". Apa hubungan antara dunia klasik makroskopik dan dunia kuantum mikroskopis, tempat aliran pertama?
Sejak awal abad ke-20, para ilmuwan telah mencoba memahami bagaimana satu himpunan hukum fisika yang mengatur objek yang lebih besar dari ukuran tertentu dapat hidup berdampingan dengan himpunan hukum lain yang mengatur skala atom dan subatom. Bagaimana mekanika klasik diturunkan dari mekanika kuantum dan di manakah ambang batas yang membagi bidang-bidang ini?
Video promosi:
Pertanyaan-pertanyaan ini tetap harus dijawab, tetapi isolator topologi dapat menjadi bagian dari solusi.
“Itu bagian dari teka-teki,” kata Armitage.
ILYA KHEL
