Seorang ilmuwan berhasil menangkap gambar sebuah atom tunggal delapan tahun lalu. Terobosan yang menakjubkan ini memenangkan penghargaan tertinggi di Kompetisi Fotografi Sains Dewan Riset Teknik dan Ilmu Fisika di Inggris.
Foto atom strontium tunggal karya David Nadlinger ini merupakan kemajuan signifikan dalam bidang fisika kuantum. Pencapaian teknis ini telah menunjukkan kemampuan ilmuwan untuk memanipulasi dan mengamati atom-atom individual, membuka jalan baru untuk penelitian yang lebih tepat.
Dengan memfasilitasi pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat kuantum, terobosan ini memiliki implikasi signifikan bagi pengembangan teknologi inovatif, seperti komputasi kuantum. Gambar ini bukan hanya bukti kecerdikan ilmiah, tetapi juga mewujudkan keindahan sains dan kemampuannya untuk membuat yang tak terlihat menjadi nyata.
Gambar atom tunggal yang luar biasa ini ternyata menjadi pengaruh besar di dunia sains. Begini penjelasannya.
1. Atom Tunggal
Atom terdiri dari nukleus, yang berisi proton dan neutron, dengan elektron yang mengorbit di sekitar nukleus ini. Untuk memperjelas, proton membawa muatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak memiliki muatan sama sekali.
Atom dikategorikan berdasarkan jumlah proton yang menentukan unsur kimianya. Ada lebih dari seratus unsur kimia yang berbeda, mulai dari hidrogen, yang paling sederhana, hingga oganeson, yang paling kompleks. Unsur-unsur ini dapat bergabung untuk membentuk molekul. Intinya, atom adalah blok penyusun dasar materi.
Atom membentuk semua yang kita lihat, dari udara yang kita hirup hingga galaksi terbesar di alam semesta. Jadi, studi tentang atom sangat penting.
Namun, mempelajari atom merupakan tantangan tersendiri karena atom sangat kecil, hanya berdiameter beberapa persepuluh nanometer (satu nanometer sama dengan sepersejuta meter). Fisikawan memanipulasi atom menggunakan medan elektromagnetik.
Namun, untuk waktu yang lama, para peneliti hanya dapat mempelajari atom dalam kelompok, yang membuat foto atom strontium tunggal yang diambil oleh fisikawan David Nadlinger dari Universitas Oxford.
2. Terobosan di Dunia Sains
Untuk menangkap gambar ini, atom tersebut pertama-tama didinginkan hingga suhu yang sangat rendah menggunakan laser, kemudian terperangkap di tempatnya oleh medan magnet. Kamera khusus yang dirancang untuk menangkap ion tunggal kemudian digunakan untuk menerangi atom dengan sinar ion, sehingga atom tersebut terlihat. Dalam gambar, atom tersebut tampak sebagai titik biru terang kecil yang tergantung di ruang hampa di antara dua elektroda.
Penting untuk dicatat bahwa foto asli diambil dalam warna hitam putih dan kemudian diwarnai untuk meningkatkan visibilitas atom strontium. Selain itu, gambar tersebut tidak secara langsung menunjukkan inti atom.
Sebaliknya, elektron, yang bergerak cepat di sekitar nukleus, adalah satu-satunya bagian yang dapat berinteraksi dengan cahaya untuk menciptakan gambar yang terlihat. Jadi, awan elektron di sekitar nukleuslah yang terlihat, bukan nukleus itu sendiri.
3. Mengapa Memilih Strontium?
Fisikawan tersebut memilih strontium karena beberapa alasan. Pertama, strontium merupakan unsur yang relatif umum di alam, sehingga menjadi pilihan praktis untuk eksperimen fisika kuantum. Selain itu, strontium sangat cocok untuk eksperimen pendinginan, yang penting untuk menjebak satu atom. Pendinginan memperlambat pergerakan atom, sehingga atom tersebut dapat tetap berada di tempatnya.
Terakhir, strontium menarik untuk penelitian fisika kuantum karena memiliki banyak isotop, yang berarti bentuk unsur yang berbeda memiliki jumlah neutron yang berbeda. Hal ini memungkinkan fisikawan untuk melakukan eksperimen perbandingan guna mengeksplorasi sifat kuantum setiap isotop.
4. Apa Dampaknya terhadap Sains?
Setelah dipublikasikan, foto ini memenangkan kompetisi fotografi ilmiah EPSRC. Pengakuan ini memang pantas diterima karena fisikawan telah lama mencari cara untuk memanipulasi atom-atom individual untuk mempelajarinya dan menggunakannya dalam aplikasi seperti komputasi kuantum (sejenis komputasi yang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum yang dapat melakukan kalkulasi jauh lebih cepat daripada komputer tradisional saat ini). Dengan demikian, foto ini membuktikan bahwa manipulasi semacam itu kini mungkin dilakukan.
Foto ini juga dipuji karena kemampuannya yang luar biasa untuk menangkap keindahan sains dan “menunjukkan wajah” fisika kuantum. Sejak saat itu, foto ini telah mendapatkan ketenaran di seluruh dunia dan telah memicu antusiasme terhadap bidang studi yang sangat aneh dan rumit ini. Sejak dirilis, kemajuan signifikan telah dibuat dalam manipulasi dan pengendalian atom-atom individual melalui eksperimen yang semakin tepat. Demikian penjelasan mengenai atom tunggal yang dilansir dari glassalmanac
