Pages

Apa yang Terjadi pada Suhu Nol Mutlak



Apa yang Terjadi pada Suhu Nol Mutlak
-

Ketika berada di lereng atau puncak gunung, kita bisa mengamati uap air yang beralih menjadi butir-butir air keluar dari saluran pernapasan.
Ketika berada di lereng atau puncak gunung, kita bisa mengamati uap air yang beralih menjadi butir-butir air keluar dari saluran pernapasan. Ketika berada di negara subtropis atau di kutub--yang lebih dingin lagi--butiran air itu membeku menjadi es.
Saat duduk di sekolah dasar, kita menyebut fenomena itu sebagai peralihan fase. Itu pun dapat dijelaskan dengan fisika klasik: pergerakan acak bahang di dalam gas, cairan, ataupun benda padat semakin berkurang intensitasnya seiring dengan semakin melorotnya suhu.
Tapi situasinya menjadi benar-benar berbeda ketika suhu terus turun tajam mendekati nol mutlak, -273,15ยบ C. Pada helium cair, suatu sifat supercair (superfluiditas) yang tidak dapat diterangkan lewat teori-teori fisika klasik terjadi.
Gerak acak atom-atom penyusunnya tiba-tiba saja lumpuh. Atom-atom itu mengubah polahnya menjadi teratur dalam setiap pergerakannya. Sifat itu menyebabkan suatu cairan tidak lagi memiliki viskositas atau friksi sama sekali: cairan itu dapat mengalir meluapi sebuah cangkir, mengalir keluar melalui pori yang teramat kecil, dan serangkaian efek lainnya yang "tidak biasa".
Dibutuhkan pengenalan tingkat lanjut dari fisika kuantum untuk dapat memahami fenomena itu.
Osheroff bersama David M. Lee dan Robert C. Richardson menemukan fakta itu pada awal 1970-an di laboratorium suhu-rendah di Cornell University, Amerika Serikat. Mereka mendapati bahwa satu dari dua isotop helium, yakni helium-3, dapat dijadikan supercair pada suhu hanya sekitar dua per seribu di atas nol mutlak.
Kredit juga harus diberikan kepada ketiga pakar suhu-rendah itu (Lee dan Richardson adalah peneliti senior, sedangkan Osheroff mahasiswa keduanya) karena mampu membuat peralatan sendiri yang memungkinkan pendinginan suhu serendah itu. Sifat superfluiditas helium-4 pertama kali ditemukan pada 1930-an, tapi itu dipelajari pada suhu sekitar dua derajat atau seribu kali lebih tinggi.
Agak berbau ketidaksengajaan sebenarnya karena saat itu Osheroff dan kedua pembimbingnya itu sedang berburu fenomena yang lain: peralihan fase menuju sejenis keteraturan magnetik pada helium-3 yang membeku. Untuk sampai ke sana, ketiganya mempelajari tekanan yang terukur di dalam helium-3 sebagai fungsi waktu dan volume.
Sepasang mata Osheroff yang awaslah yang menemukan bahwa ada "lompatan" kecil pada grafik hasil pengukuran fungsi-fungsi tersebut. Mereka tidak yakin kalau keanehan itu "sekadar" disebabkan oleh karakteristik peralatan buatan mereka sendiri yang digunakan. Sebaliknya, meyakini itu adalah efek yang nyata.
Butuh penelitian lanjutan dan dua kali publikasi pada 1972 bagi ketiganya untuk meyakinkan efek apa yang sebenarnya terjadi. Akhirnya mereka berhasil menunjukkan, fenomena yang dimaksud adalah terjadinya dua peralihan fase dalam helium-3 cair itu.
Penemuan itu segera menambah intensif penelitian tentang cairan kuantum baru. Lewat penelitian-penelitian itulah kita tahu bagaimana hukum-hukum fisika kuantum, yang merumuskan sistem-sistem mikroskopik, kadang berlaku juga untuk menerangkan sistem yang makroskopik.
Aplikasinya yang terbaru adalah pengujian atas teori tentang pembentukan untaian kosmik (cosmic strings) di jagat raya. Obyek yang masih hipotetis itu--yang diyakini ambil peran dalam terbentuknya galaksi-galaksi--sangat mungkin muncul sebagai konsekuensi dari peralihan fase yang cepat sesaat setelah Dentuman Besar (Big Bang).
Sedangkan superfluiditas helium-4 sudah lebih dulu sukses diaplikasikan dalam teknik spektrokopi.
Saudara tapi tak identik
Secara alami, gas helium memiliki dua isotop, yang masing-masing berbeda secara mendasar. Helium-4 yang memiliki inti atomdengan dua proton dan dua neutron, serta pada kulitnya memiliki dua elektron, lebih banyak ditemukan ketimbang helium-3.
Inti atom helium-3 juga memiliki dua proton, dilengkapi dua elektron, tapi hanya ada satu neutron. Jumlah partikelnya menjadi tidak biasa, Karena itu, perbedaan yang dramatik diantara kelakukan kedua isotop itu muncul saat keduanya didinginkan hingga suhu menedekati nol mutlak.
Pada suhu yang cukup rendah (kurang dari 0,87 K), campuran helium-3 dan helium-4 tidak stabil. Campuran itu akan mengalami pemisahan. Fase helium-3 yang terkonsentrasi dan kerapatan lebih rendah akan mengambang di atas campuran itu.

0 komentar:

Poskan Komentar

Contact Form

Powered byEMF Forms Online
Report Abuse