Selama tiga tahun terakhir, para peneliti di Fermilab mengumpulkan akselerator partikel setinggi 50 kaki yang dikendalikan oleh magnet superkonduktor. Mereka menembakkan partikel berenergi tinggi melalui arena pacuan, mencari konfirmasi perbedaan kecil antara teori dan eksperimen. Objek yang menarik adalah muon. Tahun ini, Fermilab menerbitkan hasil eksperimen Muon-g-2. Temuan tersebut memiliki implikasi mendalam bagi fisika baru.
Ini adalah Model Standar fisika partikel. Selama 50 tahun terakhir, ini adalah deskripsi terbaik kami tentang 17 partikel fundamental yang diketahui beserta dengan interaksinya. Muon sangat mirip dengan elektron, dengan muatan listrik dan sifat spin yang sama. Tapi mereka berbeda dalam satu hal penting: Muon 200 kali lebih berat daripada elektron. Karena itu, muon memiliki lebih banyak energi untuk memancarkan dan menyerap kembali partikel tersembunyi secara singkat. Mereka memberi kita jendela khusus ke alam semesta subatomik, di mana partikel tak dikenal bisa bersembunyi.
Setiap muon, karena sifat spin-nya, menghasilkan medan magnet kecil internalnya sendiri. Ketika Anda mengambil muon itu dan meletakkannya di medan magnet luar, seperti yang Anda hasilkan di laboratorium, yang dilakukannya adalah sedikit mengubah frekuensi goyangan mereka. Di sinilah kita berbicara tentang kuantitas yang disebut faktor-g muon.
Faktor-g pada dasarnya memberi tahu Anda kekuatan momen magnet internal yang dimiliki muon. Dengan menentukan dengan sangat tepat bagaimana momen magnet internal muon berinteraksi dengan medan magnet luar, yang kita lihat sekilas adalah dunia mekanika kuantum di mana semua partikel lainnya tiba-tiba muncul untuk sesaat.
Model Standar memprediksi faktor-g muon. Tetapi ketika para ilmuwan mengukurnya 20 tahun lalu di Laboratorium Nasional Brookhaven, mereka menemukan penyimpangan statistik yang signifikan, yang mereka sebut 3,7-sigma. Jika Anda membayangkan melempar koin seratus kali, hasil Brookhaven itu akan seperti menemukan 67 kepala atau 68 kepala, kira-kira seperti itu. Dan Anda berpikir, yah, itu agak aneh.
Aku ingin tahu apakah ada yang salah dengan koin itu. Tujuannya adalah untuk menindaklanjuti percobaan Brookhaven ini dan melakukan percobaan lagi di laboratorium yang mampu menghasilkan 20 kali jumlah muon. Hasilnya menunjukkan penyimpangan yang lebih signifikan dari prediksi Model Standar–sangat dekat dengan perbedaan 5 sigma yang diperlukan untuk mengklaim penemuan ilmiah.
Anda harus melakukan dua percobaan sebanyak 40.000 kali sebelum Anda berharap mendapatkan hasil yang tidak wajar seperti yang kita lihat dari dua percobaan pada saat ini. Jadi alasan yang menarik adalah karena pada dasarnya ada dua hal: apakah ada partikel ke-18 yang belum kita temukan secara langsung, atau ada sesuatu yang tidak kita pahami tentang 17 partikel yang ada dan gaya yang kita tahu tentang yang berinteraksi dengan mereka.
Partikel di luar Model Standar dapat membantu menjelaskan beberapa misteri yang paling abadi dalam fisika, seperti materi gelap–zat yang kita tahu ada tetapi belum terdeteksi. Tapi tak lama setelah Fermilab mempublikasikan hasilnya, sebuah kelompok bernama BMW menerbitkan kalkulasi superkomputer canggih yang menargetkan sumber kesalahan dominan dalam teori tersebut.
Hasilnya membawa prediksi model sejalan dengan pengukuran g-2. Dan itu memiliki implikasi lain untuk kalkulasi lain yang kami lakukan dalam Model Standar, yang membuatnya menjadi penemuan yang menarik. Apakah percobaan muon g-2 menunjuk ke partikel ke-18 atau sesuatu yang tidak kita pahami tentang partikel yang ada, hasilnya bukanlah kata terakhir dalam fisika partikel.
Ini adalah mesin gerak abadi. Setelah digerakkan, sistem teoretis ini bekerja tanpa batas, tidak memerlukan energi tambahan. Pencarian untuk merancang mesin ini telah menangkap imajinasi manusia sejak Abad Pertengahan. Untuk membuat mesin gerak abadi, Anda harus menghindari hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, entropi, atau ketidakteraturan, selalu meningkat.
Ini membuat mesin gerak abadi tidak mungkin. Namun tahun ini, para peneliti di Universitas Stanford dan Google membuat penemuan yang mendalam. Mereka membangun semacam mesin gerak abadi di dalam komputer kuantum. Ini adalah kristal waktu. Ini adalah objek kuantum yang selamanya berputar di antara berbagai keadaan tanpa menghabiskan energi. Kristal waktu adalah fase materi yang sama sekali baru–yang pertama melanggar hukum dasar simetri dalam fisika.
Dalam fisika, kita cenderung mengatur pemahaman kita seputar simetri dan pemecahannya. Dan yang paling mendasar dari simetri ini adalah simetri translasi dalam ruang dan simetri translasi dalam waktu. Jadi simetri translasi dalam ruang berarti bahwa hukum fisika terlihat sama, apakah Anda melakukan percobaan di sini atau, Anda tahu, di negara lain atau hanya satu meter dari sini, dan simetri translasi dalam waktu berarti hukum fisika terlihat sama apakah Anda melakukan percobaan hari ini atau besok atau kemarin.
Namun demikian, ada perbedaan besar antara ruang dan waktu, karena meskipun kita dapat dengan bebas bergerak bolak-balik dan ruang, kita tidak dapat dengan bebas bergerak bolak-balik dalam waktu. Pertimbangkan kristal es. Jutaan atomnya tersusun secara berkala melintasi ruang angkasa. Sistem ini berada dalam kesetimbangan, sehingga sifat-sifatnya tidak akan berubah terhadap waktu.
Sebaliknya, kristal waktu tersusun secara berkala melintasi ruang dan waktu. Karena keduanya stabil dan selalu berubah, mereka tidak menghormati simetri terjemahan waktu. Selama satu dekade, fisikawan telah mencoba mendamaikan ini dengan hukum termodinamika. Tapi ternyata mereka mendekatinya dari sudut yang salah. Seluruh pemahaman kita tentang fase materi fisika banyak benda didasarkan pada hukum kesetimbangan-termodinamika.
Semua yang kita ketahui tentang materi kuantum saat ini didasarkan pada hukum fundamental ini. Kolaborator saya dan saya bekerja di sudut fisika yang sangat berbeda ini. Kami berpikir tentang fase materi kuantum di luar kesetimbangan. Ini adalah kelas sistem yang selalu terjebak dalam keadaan di mana ia dimulai. Dan kami mengajukan pertanyaan, Anda tahu, jenis kemungkinan baru apa? Apa jenis fase materi baru yang diizinkan dalam pengaturan di luar kesetimbangan?
Kami menguraikan sifat salah satu fase yang kami temukan, yang kami sebut gelas pi spin. Ini memiliki jenis tatanan temporal spasial yang sangat unik. Dan kami telah menggarisbawahi detail itu di makalah kami, tetapi belum menghubungkannya dengan kristal waktu. Tapi kemudian saat makalah kami ditinjau, salah satu wasit seperti, "Hei, apakah fase waktu ini kristal?"
Kami seperti, "Ya, kamu benar!" Saya pikir jika kita telah berangkat untuk menemukan kristal waktu, kita akan mengalami banyak keberatan yang sama dengan yang dialami oleh berbagai orang yang mencoba membuat kristal waktu ini. Seperti dalam banyak fisika, Anda tahu, banyak hal datang secara kebetulan. Tahun ini, Khemani berkolaborasi dengan Google untuk membuat kristal waktunya di salah satu komputer kuantum perusahaan.
Apa yang terjadi sekarang adalah kita beralih dari menanyakan apa yang ada di alam menjadi apa yang dimungkinkan oleh mekanika kuantum. Perangkat baru dan komputer kuantum baru ini memungkinkan kami untuk membuktikan cakupan penuh dari apa yang diizinkan oleh mekanika kuantum. Saya pikir kristal waktu hanyalah salah satu contoh yang sangat dramatis tentang bagaimana sistem di luar kesetimbangan dapat menampilkan jenis fisika yang secara fundamental baru dibandingkan dengan sistem dalam kesetimbangan. Ada begitu banyak fisika kaya yang bisa ditemukan di sini. Dan kami telah melakukan begitu sedikit.
Pada 1960-an, para astronom melihat busur misterius yang menjulang tinggi di atas Bima Sakti. Mereka menyebutnya North Polar Spur dan berasumsi bahwa itu adalah puing-puing bintang di lingkungan galaksi lokal kita. Tetapi seorang astronom Jepang memiliki teori yang berbeda.
Yoshiaki Sofue mengira busur itu hanyalah bagian kecil dari struktur besar yang tersembunyi: sepasang gelembung di jantung galaksi. Selama beberapa dekade, ini dianggap sebagai ide pinggiran. Ada banyak makalah yang menjelaskan mengapa tidak ada padanan Selatan–seperti sebelumnya dalam sains, orang mencoba menjelaskan apa yang tidak ada.
Peter Predehl menghabiskan 25 tahun mengembangkan teleskop pengorbit e-ROSITA, yang diluncurkan pada 2019. Tahun lalu, e-ROSITA melakukan survei langit skala besar pertama dalam sinar-X–dan melihat sesuatu yang mencengangkan. Ada pasangan Selatan dari apa yang sebelumnya dikenal sebagai Gelembung Utara. Dan kami melihatnya dengan e-ROSITA.
Orang Jepang – mereka adalah orang pertama yang berpikir tentang bagaimana ini mungkin sesuatu yang terhubung ke pusat galaksi. Bima Sakti seperti panekuk dan kami duduk di panekuk. Ada dua gelembung yang saling bersentuhan di tengah pancake ini, dan keduanya berisi gas panas.
Gelembung ini memiliki diameter 50.000 tahun cahaya. Dan ini mengembang, gelembung-gelembung ini. Dan dengan perluasan, seseorang dapat menentukan bahwa asalnya sekitar 15 atau 20 juta tahun yang lalu. Pelaku di balik bencana galaksi kuno ini mungkin adalah bintang-A Sagitarius, lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita.
Hari ini, sebagian besar sepi. Tapi dahulu kala, itu bisa menghabiskan awan gas panas, memuntahkan energi ke dua arah dengan kekuatan 100.000 supernova. Dengan e-ROSITA dan teleskop lainnya, para astronom akan terus mengungkap misteri abadi di jantung alam semesta–dan di jantung galaksi kita.
Pemateri: Chris Polly (Fermilab), Vedika Khemani (Standford University), Peter Predehl (Max Planck Institute for Extrateretial Physics)
Judul Asli: 2021's Biggest Breakthroughs in Physics
Sumber: https://www.youtube.com/@QuantaScienceChannel
Ini adalah Model Standar fisika partikel. Selama 50 tahun terakhir, ini adalah deskripsi terbaik kami tentang 17 partikel fundamental yang diketahui beserta dengan interaksinya. Muon sangat mirip dengan elektron, dengan muatan listrik dan sifat spin yang sama. Tapi mereka berbeda dalam satu hal penting: Muon 200 kali lebih berat daripada elektron. Karena itu, muon memiliki lebih banyak energi untuk memancarkan dan menyerap kembali partikel tersembunyi secara singkat. Mereka memberi kita jendela khusus ke alam semesta subatomik, di mana partikel tak dikenal bisa bersembunyi.
Setiap muon, karena sifat spin-nya, menghasilkan medan magnet kecil internalnya sendiri. Ketika Anda mengambil muon itu dan meletakkannya di medan magnet luar, seperti yang Anda hasilkan di laboratorium, yang dilakukannya adalah sedikit mengubah frekuensi goyangan mereka. Di sinilah kita berbicara tentang kuantitas yang disebut faktor-g muon.
Faktor-g pada dasarnya memberi tahu Anda kekuatan momen magnet internal yang dimiliki muon. Dengan menentukan dengan sangat tepat bagaimana momen magnet internal muon berinteraksi dengan medan magnet luar, yang kita lihat sekilas adalah dunia mekanika kuantum di mana semua partikel lainnya tiba-tiba muncul untuk sesaat.
Model Standar memprediksi faktor-g muon. Tetapi ketika para ilmuwan mengukurnya 20 tahun lalu di Laboratorium Nasional Brookhaven, mereka menemukan penyimpangan statistik yang signifikan, yang mereka sebut 3,7-sigma. Jika Anda membayangkan melempar koin seratus kali, hasil Brookhaven itu akan seperti menemukan 67 kepala atau 68 kepala, kira-kira seperti itu. Dan Anda berpikir, yah, itu agak aneh.
Aku ingin tahu apakah ada yang salah dengan koin itu. Tujuannya adalah untuk menindaklanjuti percobaan Brookhaven ini dan melakukan percobaan lagi di laboratorium yang mampu menghasilkan 20 kali jumlah muon. Hasilnya menunjukkan penyimpangan yang lebih signifikan dari prediksi Model Standar–sangat dekat dengan perbedaan 5 sigma yang diperlukan untuk mengklaim penemuan ilmiah.
Anda harus melakukan dua percobaan sebanyak 40.000 kali sebelum Anda berharap mendapatkan hasil yang tidak wajar seperti yang kita lihat dari dua percobaan pada saat ini. Jadi alasan yang menarik adalah karena pada dasarnya ada dua hal: apakah ada partikel ke-18 yang belum kita temukan secara langsung, atau ada sesuatu yang tidak kita pahami tentang 17 partikel yang ada dan gaya yang kita tahu tentang yang berinteraksi dengan mereka.
Partikel di luar Model Standar dapat membantu menjelaskan beberapa misteri yang paling abadi dalam fisika, seperti materi gelap–zat yang kita tahu ada tetapi belum terdeteksi. Tapi tak lama setelah Fermilab mempublikasikan hasilnya, sebuah kelompok bernama BMW menerbitkan kalkulasi superkomputer canggih yang menargetkan sumber kesalahan dominan dalam teori tersebut.
Hasilnya membawa prediksi model sejalan dengan pengukuran g-2. Dan itu memiliki implikasi lain untuk kalkulasi lain yang kami lakukan dalam Model Standar, yang membuatnya menjadi penemuan yang menarik. Apakah percobaan muon g-2 menunjuk ke partikel ke-18 atau sesuatu yang tidak kita pahami tentang partikel yang ada, hasilnya bukanlah kata terakhir dalam fisika partikel.
Ini adalah mesin gerak abadi. Setelah digerakkan, sistem teoretis ini bekerja tanpa batas, tidak memerlukan energi tambahan. Pencarian untuk merancang mesin ini telah menangkap imajinasi manusia sejak Abad Pertengahan. Untuk membuat mesin gerak abadi, Anda harus menghindari hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, entropi, atau ketidakteraturan, selalu meningkat.
Ini membuat mesin gerak abadi tidak mungkin. Namun tahun ini, para peneliti di Universitas Stanford dan Google membuat penemuan yang mendalam. Mereka membangun semacam mesin gerak abadi di dalam komputer kuantum. Ini adalah kristal waktu. Ini adalah objek kuantum yang selamanya berputar di antara berbagai keadaan tanpa menghabiskan energi. Kristal waktu adalah fase materi yang sama sekali baru–yang pertama melanggar hukum dasar simetri dalam fisika.
Dalam fisika, kita cenderung mengatur pemahaman kita seputar simetri dan pemecahannya. Dan yang paling mendasar dari simetri ini adalah simetri translasi dalam ruang dan simetri translasi dalam waktu. Jadi simetri translasi dalam ruang berarti bahwa hukum fisika terlihat sama, apakah Anda melakukan percobaan di sini atau, Anda tahu, di negara lain atau hanya satu meter dari sini, dan simetri translasi dalam waktu berarti hukum fisika terlihat sama apakah Anda melakukan percobaan hari ini atau besok atau kemarin.
Namun demikian, ada perbedaan besar antara ruang dan waktu, karena meskipun kita dapat dengan bebas bergerak bolak-balik dan ruang, kita tidak dapat dengan bebas bergerak bolak-balik dalam waktu. Pertimbangkan kristal es. Jutaan atomnya tersusun secara berkala melintasi ruang angkasa. Sistem ini berada dalam kesetimbangan, sehingga sifat-sifatnya tidak akan berubah terhadap waktu.
Sebaliknya, kristal waktu tersusun secara berkala melintasi ruang dan waktu. Karena keduanya stabil dan selalu berubah, mereka tidak menghormati simetri terjemahan waktu. Selama satu dekade, fisikawan telah mencoba mendamaikan ini dengan hukum termodinamika. Tapi ternyata mereka mendekatinya dari sudut yang salah. Seluruh pemahaman kita tentang fase materi fisika banyak benda didasarkan pada hukum kesetimbangan-termodinamika.
Semua yang kita ketahui tentang materi kuantum saat ini didasarkan pada hukum fundamental ini. Kolaborator saya dan saya bekerja di sudut fisika yang sangat berbeda ini. Kami berpikir tentang fase materi kuantum di luar kesetimbangan. Ini adalah kelas sistem yang selalu terjebak dalam keadaan di mana ia dimulai. Dan kami mengajukan pertanyaan, Anda tahu, jenis kemungkinan baru apa? Apa jenis fase materi baru yang diizinkan dalam pengaturan di luar kesetimbangan?
Kami menguraikan sifat salah satu fase yang kami temukan, yang kami sebut gelas pi spin. Ini memiliki jenis tatanan temporal spasial yang sangat unik. Dan kami telah menggarisbawahi detail itu di makalah kami, tetapi belum menghubungkannya dengan kristal waktu. Tapi kemudian saat makalah kami ditinjau, salah satu wasit seperti, "Hei, apakah fase waktu ini kristal?"
Kami seperti, "Ya, kamu benar!" Saya pikir jika kita telah berangkat untuk menemukan kristal waktu, kita akan mengalami banyak keberatan yang sama dengan yang dialami oleh berbagai orang yang mencoba membuat kristal waktu ini. Seperti dalam banyak fisika, Anda tahu, banyak hal datang secara kebetulan. Tahun ini, Khemani berkolaborasi dengan Google untuk membuat kristal waktunya di salah satu komputer kuantum perusahaan.
Apa yang terjadi sekarang adalah kita beralih dari menanyakan apa yang ada di alam menjadi apa yang dimungkinkan oleh mekanika kuantum. Perangkat baru dan komputer kuantum baru ini memungkinkan kami untuk membuktikan cakupan penuh dari apa yang diizinkan oleh mekanika kuantum. Saya pikir kristal waktu hanyalah salah satu contoh yang sangat dramatis tentang bagaimana sistem di luar kesetimbangan dapat menampilkan jenis fisika yang secara fundamental baru dibandingkan dengan sistem dalam kesetimbangan. Ada begitu banyak fisika kaya yang bisa ditemukan di sini. Dan kami telah melakukan begitu sedikit.
Pada 1960-an, para astronom melihat busur misterius yang menjulang tinggi di atas Bima Sakti. Mereka menyebutnya North Polar Spur dan berasumsi bahwa itu adalah puing-puing bintang di lingkungan galaksi lokal kita. Tetapi seorang astronom Jepang memiliki teori yang berbeda.
Yoshiaki Sofue mengira busur itu hanyalah bagian kecil dari struktur besar yang tersembunyi: sepasang gelembung di jantung galaksi. Selama beberapa dekade, ini dianggap sebagai ide pinggiran. Ada banyak makalah yang menjelaskan mengapa tidak ada padanan Selatan–seperti sebelumnya dalam sains, orang mencoba menjelaskan apa yang tidak ada.
Peter Predehl menghabiskan 25 tahun mengembangkan teleskop pengorbit e-ROSITA, yang diluncurkan pada 2019. Tahun lalu, e-ROSITA melakukan survei langit skala besar pertama dalam sinar-X–dan melihat sesuatu yang mencengangkan. Ada pasangan Selatan dari apa yang sebelumnya dikenal sebagai Gelembung Utara. Dan kami melihatnya dengan e-ROSITA.
Orang Jepang – mereka adalah orang pertama yang berpikir tentang bagaimana ini mungkin sesuatu yang terhubung ke pusat galaksi. Bima Sakti seperti panekuk dan kami duduk di panekuk. Ada dua gelembung yang saling bersentuhan di tengah pancake ini, dan keduanya berisi gas panas.
Gelembung ini memiliki diameter 50.000 tahun cahaya. Dan ini mengembang, gelembung-gelembung ini. Dan dengan perluasan, seseorang dapat menentukan bahwa asalnya sekitar 15 atau 20 juta tahun yang lalu. Pelaku di balik bencana galaksi kuno ini mungkin adalah bintang-A Sagitarius, lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita.
Hari ini, sebagian besar sepi. Tapi dahulu kala, itu bisa menghabiskan awan gas panas, memuntahkan energi ke dua arah dengan kekuatan 100.000 supernova. Dengan e-ROSITA dan teleskop lainnya, para astronom akan terus mengungkap misteri abadi di jantung alam semesta–dan di jantung galaksi kita.
Pemateri: Chris Polly (Fermilab), Vedika Khemani (Standford University), Peter Predehl (Max Planck Institute for Extrateretial Physics)
Judul Asli: 2021's Biggest Breakthroughs in Physics
Sumber: https://www.youtube.com/@QuantaScienceChannel
Komentar
Posting Komentar