Untuk pertama kalinya, ilmuwan berhasil 'menemukan solusi kuantum yang presisi' dari osilator harmonis redaman, versi atomik dari senar gitar yang meredam, tanpa melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg.
Ilustrasi dibuat oleh AI. Ringkasan
- Fisikawan dari University of Vermont memecahkan teka-teki osilator harmonis redaman kuantum selama 90 tahun.
- Mereka menggunakan transformasi multimode Bogoliubov untuk menjaga prinsip ketidakpastian saat menjelaskan energi yang hilang.
- Temuan ini membuka jalan untuk teknologi pengukuran ultra-presisi, seperti sensor atomik yang bisa “mengukur” lebih halus dari sebelumnya.
BAYANGKAN senar gitar yang dipetik dan lembut memudar suaranya karena energi hilang ke udara. Sekarang bayangkan fenomena serupa terjadi di tingkat atom.
Sejak awal abad ke-20, fisikawan telah memahami osilator harmonis klasik—seperti pendulum atau senar yang memudar dengan baik.
Namun ketika pindah ke ranah kuantum, menjelaskan bagaimana sistem atomik “meredam” getaran tanpa melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg terbukti sangat rumit.
Nah, kini Dennis Clougherty dan muridnya Nam Dinh dari University of Vermont berhasil menyajikan solusi kuantum pertama untuk osilator harmonis redaman—tonggak sejarah dalam teori kuantum modern.
Horace Lamb di tahun 1900 membangun model osilator harmonis klasik, yakni partikel yang bergetar di dalam padatan menghasilkan gelombang yang menyebabkan redaman.
Namun, adaptasi kuantumnya selalu gagal karena setiap pendekatan merangkul detail yang merusak ketidaktentuan posisi dan momentum, yang diatur oleh prinsip Heisenberg.
Kuncinya adalah memperlakukan sistem sebagai many-body problem, yakni bukan hanya atom tunggal tapi interaksi dengan semua atom di sekitarnya.
Dengan pendekatan ini, mereka menggunakan multimode Bogoliubov transformation untuk menyusun ulang persamaan kuantum menjadi lebih sederhana dan “lihat” pola tersembunyi yang memungkinkan penyelesaian yang sah secara matematis.
Akhirnya ditemukan bahwa negara dasar sistem adalah multimode squeezed vacuum, di mana ketidaktentuan pada sifat tertentu (misalnya posisi) bisa ditekan di bawah batas normal—asalkan ketidaktentuan di sifat lain (momentum) meningkat.
Model ini secara elegan menjaga prinsip Heisenberg sambil menjelaskan redaman energi secara kuantum.
Temuan tak hanya teoretis. Model ini memungkinkan akurasi pengukuran melampaui batas kuantum standar, sama seperti teknologi terobosan yang digunakan oleh detektor gelombang gravitasi.
Artinya, ini membuka jalan bagi sensor pengukur posisi atomik ultra-presisi—layaknya pita pengukur terhalus di alam kuantum.
Namun, peringatan diberikan, hasil ini masih dalam ranah teoretis. Langkah selanjutnya adalah menerapkannya pada sistem atom nyata, dan menemukan cara menguji prediksi tersebut secara eksperimental.
Pembahasan awal soal osilator harmonis redaman telah dimulai oleh Lamb (1900), tetapi studi kuantumnya lebih lanjut baru muncul dekade berikutnya, seperti pendekatan Feshbach–Tikochinsky dan Caldeira–Leggett.
Namun semua pendekatan sebelumnya tetap mengandalkan pendekatan tak presisi atau dipertahankan secara parsial.
Penemuan multimode squeezed vacuum ini memperluas ranah kuantum optomekanika, resonator nano, hingga komputasi kuantum melalui pengendalian keadaan kuantum secara halus.
Setelah lebih dari sembilan dekade mencoba menjelaskan osilator harmonis redaman dalam dunia kuantum, kini fisikawan berhasil menyajikan solusi matematis yang presisi sekaligus tetap menghormati ketidakpastian kuantum.
Temuan ini bukan hanya menjawab teka-teki teoretis, tetapi membuka pintu untuk teknologi pengukuran ultratepat yang sebelumnya hanya bisa diimpikan.
Disadur dari Interesting Engineering
إرسال تعليق