Eksperimen pendulum mengungkap wawasan

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat

sumber terpercaya

membenarkan

OKE! Chaviva Sirote-Katz memeriksa sistem. Kredit: Universitas Tel Aviv

× tutup

Chaviva Sirote-Katz memeriksa sistem. Kredit: Universitas Tel Aviv

Sebuah studi baru-baru ini yang dilakukan di Universitas Tel Aviv mengusulkan sistem mekanik besar yang beroperasi berdasarkan aturan dinamis yang serupa dengan yang ditemukan dalam sistem kuantum. Dinamika sistem kuantum, yang terdiri dari partikel mikroskopis seperti atom atau elektron, sangat sulit, bahkan tidak mungkin, untuk diamati secara langsung.

Namun, sistem baru ini memungkinkan peneliti untuk memvisualisasikan fenomena yang terjadi pada material “topologi” khusus melalui gerakan sistem pendulum berpasangan.

Penelitian tersebut merupakan hasil kerjasama antara Dr. Izhar Neder dari Pusat Penelitian Nuklir Soreq, Chaviva Sirote-Katz dari Departemen Teknik Biomedis, Dr. Meital Gevou dan prof. Yair Shokef dari Sekolah Teknik dan prof. Yoav Lahini dan Roni Ilan dari Sekolah Fisika dan Astronomi di Universitas Tel Aviv dan baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Mekanika kuantum mengatur dunia mikroskopis elektron, atom, dan molekul. Elektron, yaitu partikel yang bergerak dalam atom atau padatan, dapat mempunyai sifat yang menimbulkan fenomena gelombang. Misalnya, hal ini dapat menunjukkan kemungkinan penyebaran di ruang angkasa serupa dengan riak yang menyebar di genangan air setelah batu dilempar, atau kemampuan untuk muncul secara bersamaan di lebih dari satu tempat.

Kredit: Universitas Tel Aviv

Sifat gelombang seperti itu menyebabkan fenomena unik yang terjadi pada beberapa isolator padat, di mana meskipun tidak ada arus listrik yang melewatinya dan elektron tidak bergerak di bawah pengaruh tegangan listrik eksternal, susunan internal material memanifestasikan dirinya dalam keadaan yang dirujuk. sebagai “topologis”.

Artinya gelombang elektron mempunyai besaran yang dapat “mendekati dirinya sendiri” dengan cara yang berbeda-beda, mirip dengan perbedaan antara silinder dan strip Möbius. Keadaan elektron “topologi” ini, yang dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2016, dianggap sebagai keadaan materi baru dan menarik banyak penelitian terkini.

Terlepas dari ketertarikan teoretisnya, terdapat keterbatasan dalam mengukur fenomena ini dalam sistem kuantum. Karena sifat mekanika kuantum, fungsi gelombang elektron dan evolusi dinamisnya tidak dapat diukur secara langsung. Sebaliknya, para ilmuwan secara tidak langsung mengukur sifat gelombang dan topologi elektron dalam material, misalnya dengan mengukur konduktivitas listrik pada tepi benda padat.

Dalam studi saat ini, para peneliti mempertimbangkan kemungkinan untuk membangun sistem mekanis yang cukup besar untuk mematuhi aturan dinamis yang serupa dengan yang ditemukan dalam sistem kuantum, di mana mereka dapat mengukur segala sesuatu secara langsung. Untuk melakukan hal ini, mereka membangun rangkaian 50 pendulum dengan panjang tali yang sedikit bervariasi di antara setiap pendulum. Senar dari masing-masing pasangan pendulum yang berdekatan dihubungkan pada ketinggian yang terkendali sehingga setiap gerakan mempengaruhi gerakan tetangganya.

Di satu sisi, sistem ini mematuhi hukum gerak Newton, yang mengatur fisika kehidupan kita sehari-hari, namun panjang pendulum yang tepat dan hubungan di antara keduanya menciptakan fenomena ajaib: hukum Newton menyebabkan gelombang gerak pendulum mendekati patuhi persamaan Schrödinger—persamaan dasar mekanika kuantum yang mengatur pergerakan elektron dalam atom dan benda padat. Oleh karena itu, gerakan pendulum yang terlihat di dunia makroskopis mereproduksi perilaku elektron dalam sistem periodik seperti kristal.

Informasi lebih lanjut:
Izhar Neder dkk, Osilasi Bloch, transisi Landau-Zener dan evolusi fase topologi dalam rangkaian pendulum berpasangan, Prosiding National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2310715121

Informasi dari buku harian:
Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional