fisika

Nobel Fisika 2016: Tentang Materi ‘Tak Biasa’

Hadiah Nobel Fisika 2016 diraih oleh tiga ilmuwan yang meneliti tentang materi pada kondisi yang ‘tak biasa’, yaitu pada ukuran terkecil dan suhu terdingin. Beberapa contoh perilaku aneh suatu materi pada kondisi tak biasa tersebut diantaranya: pusaran superfluida yang terus berputar — selamanya — tanpa mengalami perlambatan; serta arus listrik yang mengalir tanpa hambatan/resistansi melalui superkonduktor.

Para pemenang nobel fisika 2016 adalah David J. Thouless (University of Washington), F. Duncan M. Haldane (Princeton University), dan J. Michael Kosterlitz (Brown University). Kecuali Washington, 2 kampus di atas kita tahu adalah anggota Ivy League, golongan kampus elit di Amerika yang terkenal prestisius.

Kosterlitz dan Thouless mempelajari sifat-sifat teoretis suatu lapisan yang sangat tipis, bisa dianggap 2-dimensi. Sedangkan Haldane mengamati rantai magnet berukuran sekecil atom.

Pemenang Nobel Fisika 2016

Penemuan teori-teori itu menguak kemungkinan baru dimana materi dapat berupa wujud yang berbeda dan bahkan terkesan aneh. Ketiga orang itu meneliti kondisi tak biasa dari suatu materi, seperti superfluida, yaitu zat yang berperilaku seperti cairan namun alirannya memiliki nilai kekentalan 0 (nol). Dalam superfluida tidak ada gaya gesek yang biasanya menghambat aliran zat cair/fluida. Karenanya partikel-partikel di dalamnya bertindak sebagai sebuah super partikel. Contoh lain dari materi yang juga luar biasa yaitu lapisan magnetik tipis dan superkonduktor.

Dengan kata lain, matematika topologi adalah pelajaran tentang perubahan bentuk suatu benda tanpa merusaknya — misalnya seperti perubahan bentuk donat menjadi sedotan.

Mereka menggunakan matematika topologi untuk menjelaskan mengapa superkonduktivitas muncul dan menghilang. Topologi adalah cabang ilmu matematika yang mempelajari terjadinya sebuah proses melalui tahap-tahap yang berlainan atau diskrit. Dengan kata lain, matematika topologi adalah pelajaran tentang perubahan bentuk suatu benda tanpa merusaknya — misalnya seperti perubahan bentuk donat menjadi sedotan. Tahap-tahap dalam topologi berasal dari fakta bahwa bentuk donat dapat memiliki satu lubang, atau dua (seperti sedotan), tetapi tidak mungkin lubangnya satu setengah.

Kosterlitz dan Thouless tertarik pada apa yang terjadi ketika sebuah lapisan tipis 2-dimensi didinginkan pada suhu mendekati 0 (nol) mutlak. Perhitungan mereka menunjukkan bahwa materi tersebut dapat menghantarkan listrik tanpa hambatan, berubah menjadi superkonduktor, sesuatu yang sebelumnya dianggap mustahil oleh para ilmuwan.

…materi tersebut dapat menghantarkan listrik tanpa hambatan, berubah menjadi superkonduktor, sesuatu yang sebelumnya dianggap mustahil oleh para ilmuwan.

Selanjutnya, Thouless mempelajari Efek Quantum Hall. Biasanya, jika Anda menempatkan magnet tegak lurus terhadap arus listrik, tegangan akan berubah. Efek Quantum Hall mirip seperti itu, kecuali bahwa perubahan tegangan dapat terjadi hanya dengan kenaikan tertentu. Thouless menemukan bahwa matematika topologi menjelaskan fenomena tersebut.

Sementara Haldane menunjukkan bahwa rantai magnet seukuran atom dapat berperilaku dengan cara yang serupa.

“Terima kasih kepada mereka atas rintisannya. Sekarang era baru pencarian materi yang luar biasa telah dimulai. Orang-orang dapat berharap banyak dari penerapan ilmu material dan elektronika di masa depan,” demikian pernyataan Nobel Foundation.

Sumber:
— Live Science.