Para
peneliti dari Universitas Bonn baru saja menunjukkan cara bagaimana
atom tunggal dapat dibagi menjadi dua bagian, dipisahkan dan kemudian
disatukan kembali. Meskipun kata “atom” secara harafiah berarti
“tak dapat dibagi,” namun hukum mekanika kuantum memungkinkan atom dapat
dibagi – mirip dengan sinar cahaya – dan menyatukannya kembali.
Hasilnya baru saja dipublikasikan dalam jurnal
Proceeding of National Academy of Sciences.
Hukum
mekanika kuantum memungkinkan objek berada dalam beberapa keadaan
secara bersamaan. Inilah yang disebut sebagai celah-ganda, di mana
sebuah partikel dapat melalui dua celah sekaligus. Para ilmuwan Bonn
bekerja sama dengan Prof. Dr. Dieter Meschede dari Institut untuk Fisika
Terapan Universitas Bonn, berhasil menjaga agar atom tunggal secara
bersamaan tetap berada di dua tempat yang berjarak lebih dari sepuluh
mikrometer, atau seperseratus milimeter, secara terpisah. Ini adalah
jarak yang sangat besar untuk seukuran atom. Setelah itu, atom itu
disatukan kembali tanpa ada kerusakan.
Atom berkepribadian ganda
Efek
kuantum hanya dapat terjadi pada suhu terendah dan dengan penanganan
yang cermat. Salah satu metodenya adalah pendinginan atom
caesium
dengan menggunakan laser, dan kemudian menahannya dengan laser lain.
Sinar laser inilah yang menjadi kunci untuk membelah atom. Hal ini bisa
dilakukan karena atom memiliki putaran yang bisa masuk ke dalam dua
arah. Tergantung pada arahnya, atom bisa dipindahkan ke kanan atau ke
kiri dengan laser. Kuncinya adalah putaran atom yang bisa masuk ke kedua
arah secara bersamaan. Jadi, jika atom tersebut dipindahkan ke kanan
dan kiri pada saat yang sama, maka ia akan terbelah. “Atom memiliki
semacam kepribadian ganda, setengah darinya adalah ke sebelah kanan, dan
setengahnya ke sebelah kiri, namun tetap utuh,” jelas Andreas Steffen,
penulis utama dalam makalah.
Maximilian
Genske, Noomen Belmechri, Andreas Steffen dan Dr. Andrea Alberti dalam
laboratorium. (Kredit: Barbara Frommann/Uni Bonn)
Bagian-bagian yang membandingkan “pengalaman” mereka
Tapi
Anda tidak bisa melihat langsung pembelahannya; jika Anda menyinari
atom untuk mengambil gambarnya, maka pembelahan ini akan runtuh dengan
segera. Atom kemudian bisa dilihat pada beberapa gambar, terkadang di
sebelah kiri, terkadang di sebelah kanan - tapi tidak pernah di kedua
tempat. Bagaimanapun juga, pembelahan ini bisa dibuktikan dengan
menyatukan kembali atom tersebut. Dengan demikian, sebuah interferometer
dapat dibangun dari atom, yang misalnya, bisa digunakan untuk mengukur
dampak eksternal secara tepat. Di sini, atom dibagi, bergerak terpisah
dan bergabung lagi. Apa yang kemudian bisa terlihat, misalnya, adalah
perbedaan antara medan magnet dari dua posisi atau akselerasi sejak
keduanya tercetak dalam keadaan mekanika kuantum. Prinsip ini telah
digunakan untuk mensurvei dengan sangat tepat gaya seperti percepatan
bumi.
Sistem kuantum sebagai alat?
Para
ilmuwan Bonn, bagaimanapun juga, mencari sesuatu yang lain,
yaitu mensimulasikan sistem kuantum yang kompleks. Banyak fisikawan
telah lama berharap untuk mampu mensimulasikan apa yang disebut sebagai
isolator topologi atau
fotosintesis
tanaman – fenomena yang sulit untuk ditangkap dengan komputer-komputer
super modern – dengan menggunakan sistem kecil kuantum. Langkah pertama
dalam perjalanan ke simulator bisa terdiri dari pemodelan pergerakan
elektron dalam tubuh yang padat, sehingga memperoleh wawasan untuk
perangkat elektronik yang inovatif. Contoh untuk hal ini adalah gerak
Dirac elektron pada lapisan grafik tunggal atau munculnya molekul buatan
dari partikel-partikel yang berinteraksi. Namun untuk tujuan yang satu
ini, atom tidak saja harus dikendalikan dengan baik, tetapi
juga dihubungkan berdasarkan hukum mekanika kuantum karena inti dari
materi terletak persis di dalam sebuah struktur yang terdiri dari banyak
objek kuantum.
Sebuah roda dalam gearbox
“Bagi
kami, atom adalah roda penggerak yang terkendali dengan baik dan
lancar,” kata Dr. Andrea Alberti, yang memimpin tim riset untuk
percobaan Bonn. “Anda dapat membuat sebuah kalkulator dengan kinerja
yang luar biasa dengan menggunakan roda-roda, namun agar kalkulator ini
bekerja, semua roda itu harus terlibat.” Di sinilah letak signifikansi
sebenarnya dari atom yang terbelah: Karena kedua bagiannya disatukan
kembali, mereka dapat melakukan kontak dengan atom yang berdekatan
dengan kiri maupun kanan dan kemudian berbagi. Hal ini memungkinkan
jaringan kecil atom-atom ke bentuk yang bisa digunakan – seperti dalam
memori komputer – untuk mensimulasi dan mengontrol sistem yang nyata,
yang akan membuat rahasia mereka lebih mudah diakses. Para ilmuwan yakin
bahwa seluruh potensi untuk mengontrol sebuah atom akan menjadi jelas
dari waktu ke waktu