Fisika Atom: Ditemukannya Partikel Tak Bermassa: Weyl Fermion
Belajar Fisika Yuk-Pada kesempatan ini saya akan mencoba untukmengupas tentang ditemukannya weyl Fermion yang penemuannya baru saja dipubilkasikan pekan lalu di Sciencemagg dengan nomor doi sebagai berikut 10.1126/science.aaa9297. Artikel tersebut dipublikasikan dengan tanggal 16 Juli 2015 Fermion merupakan sebuah partikel tunggal yang ditunggu-tunggu pembuktiannya selama lebih dari setengah abad. Hal ini dikarenakan pada awal abad ke 1900an partikel ini telah dihipotesakan oleh seorang ahli fisika dan matematikawan kebangsaan German. Partikel ini sebelumnya disangka sebagai neutrino, tetapi setelah neutrino diketemukan pada tahun 1998 anggapan itu ternyata salah. Dikarenakan ternyata neutrino memiliki massa yang kecil, padahal fermion tidak memiliki massa. Kenapa sangat menghebohkan? Karena partikel ini diramalkan dapat menggantikan elektron dalam penggunaan listrik masa depan, seperti yang dilansir oleh Live Science. Oleh karenanya, tidak akan muncul panas dalam alat-alat elektronik sehingga peralatan elektronik mendapatkan efisiensi yang maksimal yakni 100% (semua energi diubah ke dalam energi yang diharapkan). Menakjubkan bukan? Penemuan ini masih merupakan batu pijakan yang besar bagi ilmu pengetahuan dan teknologi serta bagi penelitian-penelitian lanjutan untuk meneliti fermion.
Hipotesis adanya Weyl Fermion
Partikel ini, sebut sajalah Weyl fermion, dulunya dihipotesakan oleh fisikawan yang bernama Hermann Weyl bersama matematikawan kebangsaan Jerman pada tahun 1929. Menurut mereka fermion terdapat dalam dinding penghalang pada struktur susunan subatomik dan juga fermion ini haruslah memiliki keunikan dimana dia tidak memiliki massa serta perilaku sebagai matter (partikel) dan anti matter (bukan partikel). Hal tersebut seperti dua partikel dengan massa yang sama tetapi memiliki muatan yang berlawanan listrik seperti muatan positif dan muatan negatif serta memiliki properti seperti partikel pada umumnya di dalam Kristal. Oleh para fisikawan, partikel dengan sifat seperti itu dikenali dengan nama neutrino, hingga neutrino ditemukan pada tahun 1998. Mereka mengetahuinya karena neutrino sendiri memiliki massa yang sangat kecil tetapi fermion tidak bermassa (massless). Namun, sifat-sifat fisis lainnya belum diketahui, hanya saja secara teoritis dia masuk ke dalam kuasi partikel. Menurut ensiklopedi britanica, kuasi partikel adalah partikel semu yang menyusun atom yang juga memberikan andil identitas bagi atom itu sendiri, berupa ukuran,bentuk, energi dan momentum. Contoh dari Kuasi partikel yang lain adalah eksiton, polaron, magnon dan fonon.
Pembuktian Weyl Fermion melalui Percobaan
Akhirnya pada tahun ini, juli 2015 partikel Weyl fermion dapat di amati dalam percobaan di laboratorium. Sebelumnya, tulisan-tulisan secara teoritik sudah banyak yang muncul mengenai weyl fermion. Namun, sekali lagi hanyalah teritik saja. Percobaan yang dilakukan secara terpisah dilakukan untuk mengamati weyl partikel. Kelompok pertama merupakan gabungan dari berbagai fisikawan dibelahan dunia bersatu melakukan percobaan untuk mengamati fermion secara langsung. Percobaan tersebut dilakukan oleh fisikawan dari 5 universitas, yaitu Princeton University (USA), Northeastern University (USA, Peking University (China), National Taiwan University (Taiwan) dan National University of Singapore (Singapore) serta dukungan dari 3 laboratorium yakni, Collaborative Innovation Center of Quantum Matter (China), National Laboratory (USA) dan Oak Ridge National Laboratory (USA). Kepala dari percobaan tersebut adalah M. Zahid Hasan dari Laboratory for Topological Quantum Matter and Spectroscopy, Princeton University. Weyl fermion diketemukan dengan cara menembakkan foton ke semi metal yang bernama Tantalum Arsenid, dia dapat bersifat sebagai isolato dan juga dapat sebagai konduktor. Pengamatan Weyl fermion menggunakan scanning tunneling spectromicroscope.
Kelompok kedua adalah dari pihak MIT, University in China dan Institute for Soldier Nanotechnologies. Pada kelompok ini diketuai oleh, peneliti dari MIT yaitu Liang Lu. Alih, alih menggunakan Kristal khusus seperti kelompok pertama. Kelompok kedua ini menggunakan cara yang berbeda. Lu bersama Profesor Marin Soljačić serta temanteman peneliti menggunakan dimensi momentum sebagai dimensi keterbalikan (reciprocal dimension) daripada menggunakan 3 dimensi yang menggunakan Kristal khusus buatan sendiri. Hal ini dikarenakan untuk mengamati weyl fermion harus menggunakan Kristal khusus. Dalam 3 dimensi kita tidak mungkin memisahkan kutub selatan dengan kutub utara pada magnet. Meskipun, kita membagi dua batang magnet ke bagian yang paling kecil sekalipun kita masih akan menemukan kutub utara dan kutub selatan magnet. Akan tetapi dalam dimensi momentum masih memungkinkan untuk mengadakan magnet dengan kutub tunggal (monopole magnetic). Dengan cara magnet kutub tunggal sangatlah mirip ciri-cirinya dengan titik Weyl. Ide untuk menggunakan kristal fotonik sangatlah membantu dalam pengamatan Weyl fermion. Dengan melakukan pengukuran secara cermat untuk memprediksikan fotonik Kristal Lu dapat mewujudkan Weyl point.
Weyl Fermion tidak dapat berdiri sendiri sebagai partikel, tetapi sebagai kuasi partikel. Akan tetapi, Weyl fermion merupakan partikel yang penting karena dia sangat stabil dan dia hanya dapat berinteraksi dengan sesama Weyl fermion yang lain. Weyl fermion juga memiliki lintasan yang tetap dan juga kecepatan yang sama hingga mereka berinteraksi dengan Weyl fermion yang lain. Oleh karena itu, dia dapat membawa muatan listrik dalam jarak yang jauh tanpa menyebabkan panas dan tanpa terhambur seperti elektron. Namun demikian, masih banyak hal-hal yang belum dikuak dari kuasi partikel ini, Weyl fermion, karena masih ada beberapa keanehan dari Weyl fermion. Bisa jadi, imajinasi kita yang masih terbatas untuk membahas dan menganalisa Weyl fermion ini,seperti yang dikatakan oleh Mr. Zahid Hasan, “The physics of the Weyl fermion are so strange, there could be many things that arise from this particle that we're just not capable of imagining now. Sejatinya, secara esensi partikel dapat dikategorikan menjadi dua kelompok yaitu fermion yang memberikan make up terhadap materi dan boson yang mengikat materi menjadi satu kesatuan. Semua fermion yang kita kenal adalah fermion yang memiliki massa, sehingga hal inilah yang membuat Weyl fermion menjadi unik. Kita dapat membuat electron yang tak bermassa dengan menggunakan Weyl fermion. Oleh karenanya, penelitian-penelitian lanjutan untuk menganalisis karakteristik dan juga kegunaan dari Weyl fermion sangatlah diperlukan.
Manfaat Weyl Fermion
Kita sering mengelu-elukan slogan hemat energi, tapi secara logis selama populasi manusia semakin bertambah besar maka kebutuhan akan energi pun akan semakin meningkat. Weyl fermion adalah salah satu solusianya. Weyl fermion memiliki sifat yang unik. Weyl ferrmion akan sangat bermanfaat bagi perkembangan elektronik pada massa depan, termasuk perkembangan komputasi kuantum dan juga pembuatan elektron tanpa massa. Oleh karenanya, dalam aliran arus listrik dengan menggunakan weyl fermion tidak menyebabkan panas. Mirip dengan super konduktor. Aplikasi weyl fermion juga dapat digunakan untuk membuat laser mode tunggal yang sempurna. Biasanya dalam laser mode tunggal, ketika kita meningkatkan intensitas dari laser tersebut, mode-modi yang lain masih muncul. Namun dengan menggunakan, krsital fotonik dengan Weyl point akan membantu untuk mewujudkan piranti optik yang lebih sempurna, yakni laser mode tunggal dengan intensitas yang lebih baik serta kita dapat memperbesar skala intensitasnya sesuai dengan kehendak kita. Hal ini merupakan penemuan besar bagi perkembangan peralatan optik.
Penutup
Sekian pembahasan untuk Weyl fermion, semoga menambah wawasan teman-teman. Kesimpulannya, disimpulkan sendiri saja ya, intinya pengetahuan dan teknologi akan terus berkembang, teruslah belajarwalau kadang menjemukan, sehingga tidak hanya menjadi penonton tetapi tokoh utama pada berjalannaya zaman. Siapa tahu, banyak penemu-penemu dari Indonesia nantinya. Terima kasih telah berkunjung, jangan lupa di like ya!
0 Response to "Fisika Atom: Ditemukannya Partikel Tak Bermassa: Weyl Fermion"
Post a Comment