Percubaan menggunakan cahaya laser dan kepingan bahan kelabu yang berukuran kuku dapat memberikan petunjuk kepada teka-teki saintifik asas: Apakah hubungan antara dunia sehari-hari fizik klasik dan dunia kuantum tersembunyi yang mematuhi peraturan yang sama sekali berbeza?
"Kami menjumpai bahan khusus yang berada di antara keduanya," kata Peter Armitage, penolong profesor fizik di Johns Hopkins University, yang menerbitkan karyanya di jurnal Nature. Enam saintis di Johns Hopkins dan Rutgers University telah mengusahakan bahan yang disebut penebat topologi yang boleh mengalirkan elektrik di permukaan tebal atom mereka, tetapi tidak di dalamnya.
Penebat topologi diramalkan pada tahun 1980-an, pertama kali ditemui pada tahun 2007 dan telah dikaji secara aktif sejak itu. Terdiri daripada beratus-ratus unsur, bahan-bahan ini dapat menunjukkan sifat kuantum yang biasanya hanya muncul pada tahap mikroskopik, tetapi tetap dapat dilihat dengan mata kasar.
Eksperimen, yang telah ditulis oleh Sains, telah meletakkan bahan-bahan ini dalam keadaan jirim yang terpisah yang "menunjukkan kesan mekanikal kuantum makroskopik," kata Armitage. "Kami biasanya menganggap mekanik kuantum sebagai teori perkara kecil, tetapi dalam sistem ini, mekanik kuantum memanifestasikan dirinya pada skala panjang makroskopik. Eksperimen menjadi mungkin berkat peralatan unik yang dibangunkan di makmal saya."
Sebagai sebahagian daripada eksperimen, sampel bahan kelabu gelap yang terbuat dari unsur bismut dan selenium - masing-masing panjangnya beberapa milimeter dan ketebalan yang berbeza - disambar oleh sinar cahaya terahertz yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Para penyelidik mengukur cahaya yang dipantulkan ketika bergerak melalui sampel bahan dan menemui cetakan keadaan jirim kuantum.
Secara khusus, mereka mendapati bahawa ketika cahaya melewati bahan, gelombang menunjukkan ciri-ciri yang berkaitan dengan pemalar fizikal yang biasanya diukur hanya dalam eksperimen skala atom. Sifat-sifat ini sesuai dengan ramalan yang dibuat untuk keadaan kuantum.
Hasil ini memperdalam pemahaman tentang penebat topologi dan juga dapat menyumbang kepada pengembangan wilayah lain, yang disebut Armitage "isu utama fizik moden." Apakah hubungan antara dunia klasik makroskopik dan dunia kuantum mikroskopik, dari mana aliran pertama mengalir?
Sejak awal abad ke-20, para saintis telah berusaha memahami bagaimana satu set undang-undang fizikal yang mengatur objek yang lebih besar dari ukuran tertentu dapat hidup berdampingan dengan sekumpulan undang-undang lain yang mengatur skala atom dan subatom. Bagaimana mekanik klasik berasal dari mekanik kuantum dan di manakah ambang batas yang membahagi sfera ini?
Video promosi:
Soalan-soalan ini masih harus dijawab, tetapi pengasing topologi mungkin menjadi sebahagian daripada penyelesaiannya.
"Ini adalah bagian dari teka-teki," kata Armitage.
ILYA KHEL
