kuantum eksotis terbuat dari cahaya

Fisikawan menciptakan 'sumur' optik untuk foton super untuk pertama kalinya

Sumber           :Universitas Bonn

Sebelum membahas hal tersebut kita harus mengetahui apa itu cahaya dan apa itu  partikel cahaya

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat matamaupun yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fase cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris(en:geometrical optics) dan optika fisis (en:physical optics).

Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katode, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, 

Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang.

Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planckmendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.

Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan. (sumber wikipedia)

Partikel cahaya (foton) terjadi sebagai bagian kecil dan tak dapat dibagi. Ribuan bagian cahaya ini dapat digabungkan untuk membentuk satu foton super tunggal jika cukup terkonsentrasi dan didinginkan. Partikel individu bergabung satu sama lain, membuatnya tidak dapat dibedakan. Periset menyebut ini kondensat Bose-Einstein fotonik. Telah lama diketahui bahwa atom normal membentuk kondensasi semacam itu. Prof. Martin Weitz dari Institute of Applied Physics di University of Bonn menarik perhatian para ahli di tahun 2010 saat ia menghasilkan kondensat Bose-Einstein dari foton untuk pertama kalinya.

Dalam penelitian terbarunya, tim Prof. Weitz bereksperimen dengan jenis foton super ini. Dalam setup eksperimental, sinar laser dengan cepat dipantul bolak-balik di antara dua cermin. Di antaranya adalah pigmen yang mendinginkan sinar laser sedemikian rupa sehingga foton super dibuat dari masing-masing bagian cahaya. "Yang istimewa adalah bahwa kita telah membangun semacam sumur optik dalam berbagai bentuk, di mana kondensat Bose-Einstein dapat mengalir," lapor Weitz.

Sebuah polimer memvariasikan jalur cahaya

Tim peneliti menggunakan trik di sini: Ini mencampur polimer menjadi pigmen di antara cermin, yang mengubah indeks biasnya tergantung pada suhu. Rute di antara cermin untuk cahaya berubah sehingga panjang gelombang cahaya yang lebih panjang melintas di antara cermin saat dipanaskan. Luasnya jalur cahaya di antara cermin bisa bervariasi, karena polimer bisa dihangatkan melalui lapisan pemanas yang sangat tipis.

"Dengan bantuan berbagai pola suhu, kami mampu menciptakan penyok optik yang berbeda," jelas Weitz. Geometri cermin hanya tampak melengkung, sedangkan indeks bias polimer berubah pada titik-titik tertentu - namun, ini memiliki efek yang sama dengan bentuk berongga. Bagian dari foton super mengalir ke sumur yang nyata ini. Dengan cara ini, para periset dapat menggunakan aparatus mereka untuk menciptakan pola kehilangan yang berbeda dan sangat rendah yang menangkap kondensat Bose-Einstein fotonik.

Prekursor sirkuit kuantum

Tim peneliti menyelidiki secara rinci pembentukan dua sumur tetangga, yang dikendalikan melalui pola suhu polimer. Bila cahaya di kedua lubang optik tetap berada pada tingkat energi yang sama, foton super mengalir dari satu sumur ke tempat yang berdekatan. "Ini adalah pendahulu rangkaian kuantum optik," kata ahli fisika di Universitas Bonn. "Mungkin pengaturan yang rumit sekalipun, yang mana keterikatan kuantum terjadi dalam interaksi dengan interaksi foton yang mungkin terjadi pada bahan yang sesuai, dapat diproduksi dengan pengaturan eksperimental ini."

Ini akan, pada gilirannya, menjadi prasyarat untuk teknik baru untuk komunikasi kuantum dan komputer kuantum. "Tapi itu masih jauh," kata Weitz. Temuan oleh tim peneliti juga dapat digunakan untuk mengembangkan laser - misalnya untuk pekerjaan pengelasan yang sangat presisi.

Sumber cerita:

Bahan yang disediakan oleh Universitas Bonn. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjang.

Referensi Jurnal:

David Dung, Christian Kurtscheid, Tobias Damm, Julian Schmitt, Frank Vewinger, Martin Weitz, Jan Klaers. Potensi variabel untuk cahaya termal dan kondensat yang digabungkan. Photonics Alam, 2017; DOI: 10.1038 / nphoton.2017.139