Para peneliti telah mencapai terobosan dalam fisika kuantum, mengamati transisi materi superfluida menjadi superpadat – dan kemudian kembali lagi – untuk pertama kalinya. Pergeseran fase yang dapat dibalik ini, yang dirinci dalam studi Alam tanggal 28 Januari, menegaskan kemungkinan teoritis sebelumnya dan membuka jalan baru untuk memahami keadaan materi yang eksotik.
Dunia Fase Kuantum yang Aneh
Kebanyakan orang mengenal tiga fase umum: padat, cair, dan gas. Namun, dalam kondisi ekstrim, materi bisa ada di banyak negara lain. Superfluida adalah salah satu contohnya: mereka mengalir tanpa hambatan apa pun, bahkan membentuk pusaran kuantum abadi ketika diaduk, dan hanya muncul pada suhu sedikit di atas nol mutlak.
Superpadat, yang diteorikan muncul dari superfluida yang lebih dingin, menggabungkan viskositas nol dengan tatanan kristal. Tidak seperti cairan pada umumnya, partikel-partikel dalam superpadat menyusun dirinya menjadi kisi-kisi sambil mempertahankan kemampuannya untuk mengalir dan membentuk pusaran kuantum.
Eksperimen & Temuan Utama
Upaya sebelumnya untuk membuat superpadat bergantung pada manipulasi eksternal untuk memaksa partikel masuk ke dalam struktur kisi. Penelitian baru ini menunjukkan transisi fase alami: superfluida secara spontan terorganisasi menjadi superpadat dalam kondisi yang tepat.
Untuk mencapai hal ini, tim mengapit dua lembar graphene dan memaparkannya ke medan magnet yang kuat, menciptakan “sup eksiton”. Eksiton, partikel kuasi yang terbentuk dari pasangan lubang elektron, berperilaku tidak terduga saat sistem mendingin.
Dari Superfluida ke Superpadat
Pada suhu antara 2,7 dan 7,2°F (1,5–4°C) di atas nol mutlak, rangsangan membentuk superfluida. Pendinginan lebih lanjut menyebabkan peralihan ke fase isolasi listrik, yang diyakini para peneliti sebagai keadaan superpadat asli.
Seperti yang dijelaskan oleh Jia Li, fisikawan di Universitas Texas di Austin: “Pengamatan fase isolasi yang melebur menjadi superfluida belum pernah terjadi sebelumnya. Hal ini sangat menunjukkan bahwa fase suhu rendah adalah padatan eksiton yang sangat tidak biasa.”
Mengapa Ini Penting
Penemuan ini penting karena memvalidasi prediksi teoretis mendasar tentang perilaku materi pada suhu ekstrem. Kemampuan untuk menginduksi transisi fase ini secara alami menunjukkan stabilitas yang lebih dalam dan melekat di negara-negara eksotik ini.
Implikasinya melampaui fisika murni. Memahami superpadat dapat membuka teknologi baru: material dengan resistansi nol dapat merevolusi transmisi energi, sementara sifat unik dari fase-fase ini mungkin mengarah pada perangkat kuantum baru.
Apa Selanjutnya?
Tim berencana untuk mengeksplorasi material lain dan menyempurnakan teknik pengukuran untuk lebih mengkarakterisasi keadaan superpadat eksiton. Cory Dean, fisikawan di Universitas Columbia, menyatakan bahwa “Untuk saat ini, kami sedang mengeksplorasi batas-batas di sekitar keadaan terisolasi ini, sambil membangun alat baru untuk mengukurnya secara langsung.”
Penelitian ini bukan sekedar menyaksikan fenomena aneh; ini tentang mendorong batas-batas pemahaman kita tentang materi dan membuka jalan bagi terobosan teknologi di masa depan.
Pada akhirnya, penemuan ini menegaskan bahwa alam semesta memiliki kejutan yang lebih aneh dari yang kita bayangkan sebelumnya, dan bahwa upaya untuk memahami hukum fundamentalnya masih jauh dari selesai.
