Fisikawan telah menemukan keabadian kuantum menggunakan kristal waktu yang revolusioner

Para peneliti telah berhasil memperpanjang umur kristal waktu, membenarkan konsep teoritis yang diajukan oleh Frank Wilczek. Ini merupakan langkah maju yang penting dalam fisika kuantum.

Sebuah tim dari TU Dortmund University baru-baru ini berhasil menghasilkan kristal waktu yang sangat tahan lama yang dapat hidup jutaan kali lebih lama daripada yang ditunjukkan dalam eksperimen sebelumnya. Dengan melakukan hal tersebut, mereka mengkonfirmasi sebuah fenomena yang sangat menarik, yang didalilkan oleh peraih Nobel Frank Wilczek sekitar sepuluh tahun yang lalu dan telah muncul dalam film-film fiksi ilmiah. Hasilnya kini telah dipublikasikan di Fisika alam.

Sebuah pencapaian perintis dalam penelitian kristal waktu

Kristal, atau lebih tepatnya, kristal di ruang angkasa, adalah susunan atom secara periodik dalam skala panjang yang besar. Susunan ini memberikan kristal penampilan yang sangat indah, dengan sisi halus seperti pada batu permata.

Karena fisika sering kali memperlakukan ruang dan waktu pada tingkat yang sama, misalnya dalam relativitas khusus, Frank Wilczek, fisikawan di Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan peraih Nobel bidang fisika, pada tahun 2012 berhipotesis bahwa selain itu, untuk kristal di ruang angkasa , kristal juga harus ada pada waktunya. Agar hal ini terjadi, katanya, salah satu sifat fisiknya harus mulai berubah secara spontan secara berkala seiring berjalannya waktu, meskipun sistem tidak mengalami gangguan periodik serupa.

Apa yang menyerupai nyala api adalah pengukuran kristal waktu baru: setiap titik berhubungan dengan nilai eksperimental, yang mengarah ke pandangan berbeda tentang dinamika periodik polarisasi putaran inti kristal waktu. Sumber gambar: Alex Grealish/TU Dortmund

Memahami kristal waktu

Kemungkinan keberadaan kristal waktu tersebut telah menjadi bahan perdebatan ilmiah yang kontroversial selama beberapa tahun – namun dengan cepat muncul di bioskop: misalnya, kristal waktu memainkan peran sentral dalam film Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). Sejak tahun 2017 dan seterusnya, para ilmuwan telah beberapa kali berhasil mendemonstrasikan kemungkinan kristal waktu.

Dr Alex Grealish bekerja di Pusat Penelitian Materi Terkondensasi di Departemen Fisika di TU Dortmund. Kredit: TU Dortmund

Namun, sistem ini – bertentangan dengan ide awal Wilczek – mengalami eksitasi temporal dengan periodisitas tertentu, tetapi kemudian bereaksi dengan periode lain yang dua kali lebih lama. Sebuah kristal yang berperilaku periodik terhadap waktu, meskipun eksitasinya tidak bergantung pada waktu, yaitu konstan, baru didemonstrasikan pada tahun 2022 di kondensor Bose-Einstein. Namun, kristal tersebut hanya hidup beberapa milidetik.

Lompatan dalam waktu umur panjang kristal

Fisikawan Dortmund yang dipimpin oleh Dr. Alex Grelich kini telah merancang kristal khusus yang terbuat dari indium gallium arsenide, di mana putaran nuklir bertindak sebagai reservoir kristal waktu. Kristal tersebut disinari secara terus menerus sehingga polarisasi spin inti terbentuk akibat interaksi dengan spin elektron. Polarisasi putaran nuklir inilah yang secara spontan menghasilkan osilasi, setara dengan kristal waktu.

Keadaan percobaan saat ini adalah bahwa kristal tersebut memiliki umur setidaknya 40 menit, yang berarti 10 juta kali lebih lama dari yang telah dibuktikan sejauh ini, dan kemungkinan akan hidup lebih lama.

Periode kristalisasi dapat diubah dalam skala besar dengan mengubah kondisi eksperimen secara sistematis. Namun, dimungkinkan juga untuk berpindah ke area di mana kristal “meleleh”, yaitu kehilangan periodisitasnya. Daerah-daerah ini juga menarik karena kemudian muncul perilaku chaos yang dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama. Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mampu menggunakan alat teoritis untuk menganalisis perilaku kacau sistem tersebut.

Referensi: “Kristal waktu kontinu yang kuat dalam sistem spin elektron nuklir” oleh A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev dan M. Bayer, 24 Januari 2024, Fisika alam.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6