Fisikawan menemukan caranya

Fisikawan yang bekerja pada partikel kecil yang melayang dalam perangkap magnet baru saja mengukur gaya gravitasi terkecil yang pernah tercatat.

Partikel itu beratnya hanya 0,43 gram. Dan kekuatan gaya gravitasi dalam permainan tersebut berada pada skala attonewton (10-18 newton). Jumlah ini cukup kecil untuk berada tepat di tepi dunia kuantum, sehingga memberikan kemungkinan untuk akhirnya mengetahui bagaimana fisika klasik dan mekanika kuantum berinteraksi.

“Selama satu abad, para ilmuwan telah mencoba dan gagal memahami bagaimana gravitasi dan mekanika kuantum bekerja sama,” kata fisikawan Tim Fuchs dari Universitas Leiden dan Universitas Southampton, yang memimpin penelitian tersebut.

“Kami kini telah berhasil mengukur sinyal gravitasi pada massa terendah yang pernah tercatat, yang berarti kami selangkah lebih dekat untuk akhirnya menyadari cara kerjanya secara bersamaan.”

Masalah gravitasi kuantum mungkin paling tepat digambarkan sebagai masalah yang sulit diselesaikan, setidaknya untuk saat ini. Hal ini berkaitan dengan kerangka kita dalam menjelaskan alam semesta.

Fisika klasik—yaitu gravitasi—menjelaskan cara kerja benda pada sebagian besar skala. Ketika kita menjadi sangat kecil, hingga skala atom dan subatom, gravitasi tidak dapat menjelaskan apa yang kita lihat.

Fisikawan menggunakan mekanika kuantum untuk melakukan hal ini, dan ini hebat. Namun sebagaimana fisika klasik tidak dapat diterapkan pada skala kuantum, mekanika kuantum juga tidak dapat diterapkan pada skala klasik. Namun entah bagaimana alam semesta bekerja. Hal ini membuat para ilmuwan percaya bahwa solusi antara kedua kerangka tersebut belum ditemukan.

Salah satu cara potensial untuk menyelidiki masalah ini adalah dengan menyelidiki gravitasi pada skala yang sangat kecil. Namun, hal ini lebih sulit daripada yang terlihat: gravitasi ada di mana-mana di alam semesta, dan memunculkan sinyal skala kuantum di lingkungan gravitasi bumi bukanlah masalah besar.

Untuk mengatasi dilema ini, Fuchs dan timnya menggunakan sesuatu yang disebut perangkap magnet superkonduktor. Perangkap kecil yang terbuat dari tantalum didinginkan hingga suhu kritis 4,48 Kelvin (-268,67 Celcius atau -451,6 Fahrenheit).

Di dalam ruangan, partikel melayang. Ini terdiri dari tiga bola magnet neodymium 0,25 milimeter dan satu bola kaca 0,25 milimeter yang direkatkan untuk membentuk satu partikel dengan berat sekitar 0,43 gram.

Perangkat ini digantung pada pegas dalam sistem pegas massal untuk melindungi eksperimen dari getaran eksternal, dan cryostat dipasang pada peredam pneumatik untuk membatasi getaran dari gedung.

Terakhir, roda bertenaga listrik dengan satu set tiga massa kuningan seberat 2,45 kilogram diposisikan untuk menciptakan gradien gravitasi. Hal ini menghasilkan efek terukur pada partikel – gaya gravitasi hanya 30 attonewton.

Ini adalah skala terkecil yang pernah digunakan fisikawan untuk mengukur gravitasi, mengalahkan rekor yang dipegang tiga tahun lalu oleh dua bola emas seberat 90 miligram.

Dan menurut para ilmuwan, itu hanyalah langkah pertama. Kini setelah mereka membuktikan keefektifan eksperimennya, mereka ingin melangkah lebih jauh.

“Dari sana, kami mulai memperkecil sumbernya menggunakan teknik ini hingga kami mencapai dunia kuantum di kedua sisi,” kata Fuchs. “Dengan memahami gravitasi kuantum, kita dapat memecahkan beberapa misteri alam semesta kita – misalnya, bagaimana alam semesta dimulai, apa yang terjadi di dalam lubang hitam, atau penyatuan semua gaya dalam satu teori besar.”

Akan selalu ada lebih banyak hal yang harus dilakukan – namun kini rasanya jawabannya tinggal selangkah lagi.

Penelitian tim dipublikasikan di Kemajuan ilmu pengetahuan.