+
Ilmu

Quantum Cooling - dengan Laser?

Quantum Cooling - dengan Laser?

[Sumber Gambar: Ars Electronica]

Penemuan superkonduktor pada tahun 1911 oleh fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes telah membuat para ilmuwan mencoba mendinginkan partikel hingga nol mutlak (0 kelvin, atau 0 k) untuk mencapai keadaan superkonduktivitas. Superkonduktivitas adalah keadaan di mana partikel hampir tidak memiliki resistansi, efek kuantum. Superkonduktor dapat mendukung pasokan listrik tanpa batas tanpa kehilangan energi karena panas atau suara - merevolusi cara kita menggunakan energi. Tapi itu datang dengan sentuhan yang lebih besar: Diamagnatisme. Diamagnatisme adalah fenomena yang mencegah partikel super-dingin semuamedan magnet dari penetrasi sekaligus menciptakan medan magnet berlawanan yang menolak gaya magnet yang diterapkan. Diamagnatisme sangat bagus untuk superkonduktor dan levitasi karena menolak semua magnet, menjanjikan kemajuan besar dalam transportasi. sudah digunakan. Tapi bagaimana Anda mendinginkan partikel hingga mendekati 0 kelvin? Dan apa genap 0 k?

[Sumber Gambar: Steve Jervetson]

Nol kelvin adalah nol mutlak, di mana sama sekali tidak ada energi dalam suatu zat- suhu terdingin mutlak yang dapat dimiliki semua orang. Pada 0 kelvin, sebuah partikel tidak akan bergerak sama sekali. Tapi bagaimana Anda bisa mendapatkan sesuatu yang sedingin itu? Meskipun cahaya yang kita kenal menghasilkan panas yang kita rasakan di bumi, tidak berarti bahwa semua cahaya hanya akan menciptakan panas. Suhu adalah kecepatan rata-rata yang dimiliki sekelompok atom, semakin banyak ia bergerak, semakin banyak panas yang dimilikinya. Cahaya membawa momentum karena momentum itu adil massa waktu kecepatan. Tapi cahaya tidak bermassa? Tidak, tapi memang memiliki file energi / kesetaraan massa, lebih baik dijelaskan dengan salah satu persamaan Einstein yang paling terkenal E = mc². Massa diatur ulang dan persamaan tersebut dapat disubstitusikan kembali menjadi hukum momentum, yang menghasilkan persamaan untuk momentum cahaya.

Karena cahaya membawa momentum, energinya dapat ditransfer menjadi partikel, seperti bola tenis yang memukul bola basket. Lempar bolanya cukup keras dan Anda seharusnya bisa menggerakkan bola basket. Molekul udara bergerak dengan kecepatan sekitar 4000 km / jam, membuat mereka sangat sulit untuk dipelajari karena mereka tidak tinggal di satu area untuk waktu yang lama. Laser dapat digunakan untuk menangkap atom dalam Magneto Optical Trap, atau MOT- yang bekerja serupa dengan efek pendaratan lalat pada lapisan tebal molase- sehingga menghasilkan efek "tetes tebu optik " . Tetapi bagaimana Anda bisa memperlambat atom jika cahaya selalu ingin mendorong? Ilmuwan menemukan metode untuk mendorong di depan dari partikel bergerak dengan laser, yangmengambil kecepatan partikel, mengurangi momentum totalnya.

Fenomena tersebut ditemukan oleh Steven Chu pada tahun 1985 dan dikenal sebagai pendingin laser. Steven dan rekannya menempatkan beberapa laser di dalam kamar gas membentuk huruf "t" di tengahnya. Saat partikel-partikel itu melayang, pada akhirnya seseorang akan terperangkap di tengah-tengah laser di mana ia dibombardir dengan foton yang menyerang tepat ke arah berlawanan yang coba digerakkan oleh partikel itu. Ini menciptakan efek yang mirip dengan orang yang mencoba bersepeda melawan angin. Semakin kuat kekuatan angin ke arah yang berlawanan, semakin sulit, dan oleh karena itu semakin lambat pengendara sepeda melaju - akhirnya berhenti begitu angin menjadi terlalu kencang (semoga saja tidak terjadi badai).

[Sumber Gambar: Asaf]

Partikel-partikel itu didinginkan hingga mendekati 0 k, angka ajaib. Ilmuwan sangat tertarik untuk mendapatkan nol kelvin untuk menghasilkan efek kuantum maksimum yang dimiliki partikel subatom. Hal yang indah tentang partikel adalah bahwa elektron kecil yang mengelilingi inti hanya dapat memberibeberapadata- tidak pernah semuanya (ini adalah properti kuantum). Entah Anda dapat mengetahui dengan pasti seberapa cepat sebuah elektron bergerak tanpa mengetahui di mana letaknya, atau Anda dapat mengetahui di mana elektron itu, tetapi sama sekali tidak tahu seberapa cepat ia bergerak. Secara efektif, para ilmuwan yang mendinginkan partikel tersebut memperlambat elektron ke titik nol kelvin, setengah miliar derajat di atas nol absolut. Suhu terdingin di alam semesta yang dikenal berada di Nebula Boomerang, dengan suhu sejuk 1 K (–458 derajat Fahrenheit atau –272 derajat Celcius) membuat tempat terdingin di alam semesta benar-benar menyala Bumi.Pada 0 k elektron dapat berada di sisi lain alam semesta karena kecepatannya hampir diketahui secara pasti, artinya tidak ada yang tahu di mana elektron itu berada. Ini membuka fenomena indah yang disebut superkonduktivitas dan diamagnitisme - keadaan materi lain yang menarik.

[Sumber Gambar: NASA, Nebula Boomerang]

Pemikiran konvensional tidak akan membuahkan hasil baru. Siapa sangka bahwa menggunakan laser tidak hanya akan menghasilkan suhu terdingin Bumi, tapi suhu terdingin dialam semesta yang dikenal?Sains penting untuk memahami cara kerja alam semesta, yang mungkin membuka rahasia bagaimana manusia, dan segala sesuatu, muncul. Sains terus meningkat pada tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya, selamanya mengubah dan membentuk masa depan dan kehidupan seperti yang kita kenal.

LIHAT JUGA: Metode Laser yang Dimodifikasi Menciptakan Unit Energi Mikro

Ditulis oleh Maverick Baker


Tonton videonya: Brian Odom, Sympathetic cooling of molecules with laser-cooled atoms (Januari 2021).