Setiap kali kita membuka jendela baru di alam semesta, kita menemukan sesuatu yang baru. Entah itu mencari tahu cara melihat hingga jarak yang lebih jauh seperti teleskop, atau melihat ke skala yang lebih kecil seperti mikroskop, atau mungkin memperluas penglihatan kita ke panjang gelombang cahaya baru atau melalui cara-cara eksotik seperti neutrino atau gelombang gravitasi.
Hadiah Nobel bidang fisika tahun 2023 telah dianugerahkan kepada tiga fisikawan karena berhasil membuka jendela baru—namun ini bukan jendela menuju skala ukuran baru atau cara pandang baru—-tetapi jendela baru dalam waktu. Ini untuk fisika attosecond (attodetik)—sepermiliar miliar detik yang mewakili skala waktu bagian dalam atom. Nobel Fisika tahun ini diperuntukkan bagi mikroskop dalam perbaikan waktu untuk sampling data.
Setiap 230 juta tahun tata surya menyelesaikan satu orbit mengelilingi Bima Sakti. Setiap 243 tahun Venus berada di antara Matahari dan Bumi. Setiap tahun kupu-kupu raja bermigrasi antara Amerika Serikat dan Meksiko. Setiap 3 detik, protein Kinesin bergerak ke salah satu filamen sitoskeletal Anda. Saat kita melihat ke skala yang lebih kecil dan lebih kecil, kita menemukan proses yang semakin cepat. Masuk akal secara intuitif—hal-hal besar pasti sulit bergerak lebih cepat dibandingkan komponennya. Tren ini berlanjut hingga skala terkecil—gerakan atom-atom selama reaksi kimia, atau pergerakan elektron-elektron dalam atom. Skala waktu pergerakannya tidak diukur dalam mikrodetik atau nanodetik, namun diukur dalam attodetik. Memang ini adalah waktu yang sangat singkat.
Jumlah attodetik dalam satu detik sama banyaknya dengan jumlah detik dalam seluruh sejarah alam semesta. Mungkin ada beberapa hal yang dapat ditemukan terkubur dalam fenomena alam semesta yang terjadi setiap detiknya. Inilah sebabnya Akademi Ilmu Pengetahuan Swedia membuat pilihan yang sangat masuk akal dengan menganugerahkan Hadiah Nobel Fisika tahun 2023 kepada Anne L'Hullier, Pierre Agostini, dan Ferenc Krausz atas upaya mereka mewujudkan bidang fisika attosekon.
Sebelum kita membahas cara para pemenang penghargaan baru ini mengelola hal ini, mari kita bahas mengapa hal ini begitu sulit. Pikirkan tentang apa yang diperlukan untuk mengamati sesuatu. Mengamati berarti mengamati benda-benda memantulkan benda-benda lain, entah itu cahaya yang memantul dari sebuah apel ke mata kita atau elektron yang memantul dari seekor tardigrade ke dalam mikroskop elektron kita. Semakin kecil objek yang ingin Anda amati, semakin kecil partikel yang perlu Anda lemparkan ke objek tersebut. Misalnya, Anda bisa mendapatkan gambaran kasar tentang bentuk tubuh saya dengan melemparkan bola pantai ke arah saya dan melihat bagaimana bola-bola tersebut berhamburan. Namun Anda akan mendapatkan gambaran yang lebih baik saat melempari saya dengan bola pingpong. Atau lebih baik lagi, foton.
Menyelesaikan jarak yang kecil memerlukan hamburan banyak partikel dengan pemisahan spasial yang kecil, ke dalam lokasi spasial yang terdefinisi dengan baik. Menyelesaikan waktu yang sangat kecil memerlukan hamburan banyak partikel dengan jarak yang kecil dalam waktu dan lokasi temporal yang terdefinisi dengan baik. Bayangkan Anda ingin merekam video yang prosesnya cepat—misalnya, burung kolibri yang melayang. Jika bukaan kamera Anda tetap terbuka terlalu lama, Anda hanya akan menangkap gambar yang kabur sepanjang rentang gerakan sayap. Pembukaan aperture harus memiliki lokasi temporal yang jelas—dengan kata lain, harus cepat. Namun eksposur cepat tidak akan menghasilkan film burung kolibri yang sangat bagus jika jarak antar burung tidak cukup dari satu kepakan sayap. Maka Anda hanya akan mendapatkan kumpulan gambar diam yang tampak acak. Anda memerlukan pemisahan waktu yang singkat untuk mendapatkan urutan yang bermakna. Jadi, bagaimana cara Anda mendapatkan lokasi temporal yang ketat dan pemisahan temporal yang singkat hingga ke attometer?
Mari kita mulai dengan memikirkan lokasi temporal sebuah foton. Hal ini dibatasi oleh periodenya—Anda tidak dapat mengatur waktu foton pada waktu yang lebih kecil dari satu siklus naik-turun gelombang elektromagnetiknya. Cahaya dengan periode attodetik berada dalam bagian sinar-X dari spektrum elektromagnetik. Kita rutin menggunakan sinar-X dalam pencitraan, jadi seharusnya kita baik-baik saja di sana, bukan? Tidak terlalu. Laser pada umumnya menembakkan satu foton setiap beberapa femtodetik - yang berarti 1000 kali lebih lama dibandingkan satu attodetik. Jadi meskipun Anda membuat film gerakan attodetik dengan laser konvensional, kecepatan frame yang sangat buruk akan mengubah gerakan menjadi buram tanpa harapan.
Laser yang sangat cepat dapat dibuat—misalnya, laser Elektron Bebas… Namun laser tersebut memerlukan akselerator elektron agar bisa bekerja, dan sejujurnya laser tersebut terlalu kuat dan terlalu berbahaya untuk diberikan kepada fisikawan biasa untuk diajak bermain-main, dan selain itu, meledakkan sampel Anda dengan laser sinar-X dengan daya yang diperlukan akan sama seperti mengambil sinar-x menggunakan ledakan nuklir, hanya saja hal ini tidak praktis.
Masukkan peraih Nobel pertama kami. Pada tahun 1980-an, Anne L’Huillier dan rekan-rekannya sedang bermain-main dengan penyinaran gas Argon dengan laser inframerah. Mereka mengamati sesuatu yang cukup aneh. Biasanya, saat Anda menyinari gas, Anda akan mengeluarkan berbagai jenis cahaya. Hal ini mencakup sebagian cahaya yang Anda masukkan, sebagian cahaya yang berhubungan dengan transisi elektron dalam atom, serta sejumlah cahaya termal acak yang berasal dari goyangan atom. Namun tim L’Huillier menemukan bahwa pancaran sinar keluar terdiri dari frekuensi asli yang masuk ditambah beberapa frekuensi lebih tinggi yang tidak berhubungan dengan proses apa pun yang diketahui.
Jadi dari mana datangnya frekuensi-frekuensi lain ini? Sebenarnya cukup keren. Saat pulsa laser melewati atom gas, pulsa tersebut dapat mendorong medan elektromagnetik yang menahan elektron di tempatnya sedemikian rupa sehingga elektron lolos melalui terowongan kuantum. Elektron kemudian dapat ditarik langsung kembali ke atomnya dan akan melepaskan energi yang diperolehnya dalam satu foton, anggap saja seperti meregangkan pegas dan melepaskannya. Satu foton tersebut akan memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan masing-masing foton yang membentuk pulsa laser.
Faktanya, frekuensi tersebut merupakan kelipatan bilangan bulat dari foton laser, dan detail menariknya adalah bahwa frekuensi tersebut merupakan kelipatan ganjil, karena alasan rumit terkait simetri. Proses ini disebut pembangkitan harmonik tinggi, dan pada dasarnya menambahkan nada tambahan pada sinar laser. Mainkan nada pada alat musik apa pun dan Anda akan mendapatkan frekuensi dasar ditambah nada tambahan frekuensi yang lebih tinggi. Nada dasar berhubungan dengan gelombang berdiri dengan panjang gelombang terpanjang yang dapat ditampung di sepanjang string atau kolom udara yang beresonansi, sedangkan nada tambahan berhubungan dengan semua gelombang berdiri dengan panjang gelombang lebih pendek yang juga cocok. Keseimbangan kekuatan nada tambahan menentukan karakter yang tepat dari bunyi suatu instrumen—timbre-nya.
Jadi, warna suara laser diubah oleh awan argon. Ini adalah efek yang menarik, namun kita belum mencapai tingkat sains yang setara dengan Nobel. Untuk mencapai fisika attodetik, kita memerlukan satu lagi analogi dengan akustik. Dengarkan ini. Ini adalah nada G yang sangat rendah. Dan ini adalah nilai A yang sangat rendah. Secara individu, tidak ada yang aneh, namun jika kita memainkannya bersama-sama, kita akan mendengar semacam "wawawa". Hal ini dikenal sebagai "ketukan" dalam akustik, dan hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gelombang sinus G dan A sejajar sempurna pada titik-titik tertentu, menjadikannya lebih keras pada interferensi konstruktif, sementara keduanya tidak sejajar di tempat lain. , dan membatalkannya dengan campur tangan yang merusak.
Untuk sepasang gelombang, denyutnya cukup menyebar, dengan frekuensi yang lebih rendah dibandingkan kedua gelombang induknya. Namun jika Anda menambahkan lebih banyak gelombang, lebar ketukan dapat dipersempit sehingga Anda akan mendapatkan denyut yang tajam dan sangat sedikit di antara gelombang tersebut. Untuk itu, Anda memerlukan sejumlah besar frekuensi dengan intensitas serupa—misalnya, spektrum nada tambahan yang kaya yang dihasilkan dalam eksperimen Anne L’Huillier. Faktanya, terbukti mungkin untuk mendapatkan pulsa yang lebar temporalnya hanya ratusan attodetik.
Pulsa attosecond kami yang baru belum siap untuk diterapkan. Nilai potensialnya adalah bahwa hal ini memungkinkan kita mengukur peristiwa-peristiwa berskala paling kecil. Namun jika denyut nadi itu sendiri merupakan peristiwa berskala attosecond, bagaimana kita dapat mengalibrasinya terlebih dahulu? Ini seperti mencoba mengukur tinggi badan Anda dengan serangkaian aturan yang panjangnya tidak Anda ketahui. Dan inilah Peraih Nobel kedua kita, Pierre Agostini. Agostini dapat mengkalibrasi rangkaian pulsa dengan sekali lagi menggunakan interferensi konstruktif dan destruktif—kali ini mengacu pada sinar laser yang masuk. Ia melakukan hal ini dengan mebelokkan sebagian berkas cahaya dan menambahkan penundaan sebelum menggabungkannya kembali dengan berkas yang kini telah dikalikan frekuensinya. Dengan cara ini dia dapat mengukur lebar pulsa—mencatatnya pada 250 attodetik.
Ia juga menemukan bahwa denyutnya adalah apa yang kami sebut fase terkunci, yang berarti detaknya bagus dan konsisten dan sesuai dengan kebutuhan kami untuk pengukuran attodetik. Rangkaian pulsa ini menyediakan pulsa dengan lokalitas dan pemisahan temporal attodetik, seperti yang kami perlukan. Namun untuk beberapa aplikasi, lebih baik menggunakan pulsa attodetik tunggal yang terisolasi. Dan upaya tersebut berkat Pemenang ketiga kami, Ferenc Krausz. Saya tidak akan membahas detailnya, tetapi untuk kesenangan menonton Anda, inilah penyiapan eksperimental Rube-Goldberg mereka. Dengan manipulasi fase dan amplitudo yang rumit, mereka mampu menciptakan pulsa terisolasi sebesar 650 attodetik, yang lebarnya diketahui memiliki presisi 150 attodetik.
Oke, resolusi attosecond tercapai. Jadi, apa yang bisa kita lakukan terhadapnya? Seperti yang dikatakan Krausz sendiri dalam sebuah wawancara, mereka menemukan teknologi ini karena melihat Alam dengan cara baru adalah hal yang luar biasa, secara harfiah, hal ini membuat Anda takjub. Namun kita baru saja memberikan kekuatan super baru kepada diri kita sendiri, jadi sayang sekali jika kita tidak menggunakannya. Penerapan pulsa attodetik yang pertama adalah untuk melihat pergerakan elektron dalam atom dan molekul. Elektron melintasi orbitalnya dalam beberapa attodetik, atau lebih tepatnya awan kuantum kabur yang menentukan elektron dalam sebuah atom berubah pada skala waktu tersebut. Dengan menerima awan-awan ini dengan pulsa attodetik, kita dapat mempelajari bentuk dan dinamika elektron-elektron ini.
Pulsa attodetik juga dapat digunakan untuk memanipulasi elektron dalam rentang waktu yang sangat kecil, yang memiliki sejumlah penerapan yang canggih. Salah satu upaya yang sedang dilakukan tim Ferenc Krausz di institut Max Planck untuk Quantum Optics adalah sidik jari molekuler, yaitu pulsa attodetik yang frekuensinya disetel untuk menimbulkan getaran pada molekul tertentu. Dengan cara ini komposisi molekuler rinci suatu sampel berpotensi dapat dikatalogkan. Tim Krausz menggunakan teknologi ini untuk mengembangkan perangkat sidik jari molekuler untuk diagnosis medis.
Kemungkinan lain yang sangat menarik adalah penciptaan perangkat elektronik ultracepat. Jika kita mempunyai dua pelat logam dengan muatan listrik berlawanan dan kita menembakkan pulsa attodetik terisolasi ke salah satu pelat, maka elektron tersebut dapat diserap oleh elektron, yang melompat ke pelat kedua. Inilah efek fotolistrik, dan kita telah mengetahuinya selama 120 tahun. Namun dalam konfigurasi yang saya jelaskan, ini juga merupakan transistor, yang merupakan komponen kunci dalam sebagian besar teknologi kami. Transistor biasa mengontrol aliran listrik antara dua muatan listrik pelat dengan mengubah muatan pada pelat ketiga, namun transistor jenis baru ini mengontrol aliran menggunakan cahaya itu sendiri, yang pada prinsipnya bisa jauh lebih cepat—terutama jika lebar pulsa diukur dalam attodetik.
Krausz menyatakan bahwa dengan cara ini, kekuatan komputer dapat ditingkatkan hingga 100.000 kali lipat. Kedengarannya… optimis. Namun meskipun kita hanya mendapatkan sebagian kecil dari jumlah tersebut, hal ini merupakan pencapaian yang luar biasa, dan mungkin dapat menyelamatkan hukum Moore untuk beberapa dekade ke depan. Itu hanyalah beberapa penerapan dalam bidang kedokteran dan elektronik, namun saat kita melihat alam semesta dengan alat baru ini, kita pasti akan menemukan penerapan baru dan membuat penemuan baru. Lagi pula, setiap kali kita membuka jendela baru menuju alam semesta, misteri-misteri baru akan terungkap—apakah jendela itu menuju fenomena terbesar, terkecil, dan sekarang tercepat dalam Ruang Waktu
Pemateri: Prof. Matthew O’Dowd
Judul Asli: Why Did Attosecond Physics Win the NOBEL PRIZE?
Sumber:https://www.youtube.com/@pbsspacetime
Hadiah Nobel bidang fisika tahun 2023 telah dianugerahkan kepada tiga fisikawan karena berhasil membuka jendela baru—namun ini bukan jendela menuju skala ukuran baru atau cara pandang baru—-tetapi jendela baru dalam waktu. Ini untuk fisika attosecond (attodetik)—sepermiliar miliar detik yang mewakili skala waktu bagian dalam atom. Nobel Fisika tahun ini diperuntukkan bagi mikroskop dalam perbaikan waktu untuk sampling data.
Setiap 230 juta tahun tata surya menyelesaikan satu orbit mengelilingi Bima Sakti. Setiap 243 tahun Venus berada di antara Matahari dan Bumi. Setiap tahun kupu-kupu raja bermigrasi antara Amerika Serikat dan Meksiko. Setiap 3 detik, protein Kinesin bergerak ke salah satu filamen sitoskeletal Anda. Saat kita melihat ke skala yang lebih kecil dan lebih kecil, kita menemukan proses yang semakin cepat. Masuk akal secara intuitif—hal-hal besar pasti sulit bergerak lebih cepat dibandingkan komponennya. Tren ini berlanjut hingga skala terkecil—gerakan atom-atom selama reaksi kimia, atau pergerakan elektron-elektron dalam atom. Skala waktu pergerakannya tidak diukur dalam mikrodetik atau nanodetik, namun diukur dalam attodetik. Memang ini adalah waktu yang sangat singkat.
Jumlah attodetik dalam satu detik sama banyaknya dengan jumlah detik dalam seluruh sejarah alam semesta. Mungkin ada beberapa hal yang dapat ditemukan terkubur dalam fenomena alam semesta yang terjadi setiap detiknya. Inilah sebabnya Akademi Ilmu Pengetahuan Swedia membuat pilihan yang sangat masuk akal dengan menganugerahkan Hadiah Nobel Fisika tahun 2023 kepada Anne L'Hullier, Pierre Agostini, dan Ferenc Krausz atas upaya mereka mewujudkan bidang fisika attosekon.
Sebelum kita membahas cara para pemenang penghargaan baru ini mengelola hal ini, mari kita bahas mengapa hal ini begitu sulit. Pikirkan tentang apa yang diperlukan untuk mengamati sesuatu. Mengamati berarti mengamati benda-benda memantulkan benda-benda lain, entah itu cahaya yang memantul dari sebuah apel ke mata kita atau elektron yang memantul dari seekor tardigrade ke dalam mikroskop elektron kita. Semakin kecil objek yang ingin Anda amati, semakin kecil partikel yang perlu Anda lemparkan ke objek tersebut. Misalnya, Anda bisa mendapatkan gambaran kasar tentang bentuk tubuh saya dengan melemparkan bola pantai ke arah saya dan melihat bagaimana bola-bola tersebut berhamburan. Namun Anda akan mendapatkan gambaran yang lebih baik saat melempari saya dengan bola pingpong. Atau lebih baik lagi, foton.
Menyelesaikan jarak yang kecil memerlukan hamburan banyak partikel dengan pemisahan spasial yang kecil, ke dalam lokasi spasial yang terdefinisi dengan baik. Menyelesaikan waktu yang sangat kecil memerlukan hamburan banyak partikel dengan jarak yang kecil dalam waktu dan lokasi temporal yang terdefinisi dengan baik. Bayangkan Anda ingin merekam video yang prosesnya cepat—misalnya, burung kolibri yang melayang. Jika bukaan kamera Anda tetap terbuka terlalu lama, Anda hanya akan menangkap gambar yang kabur sepanjang rentang gerakan sayap. Pembukaan aperture harus memiliki lokasi temporal yang jelas—dengan kata lain, harus cepat. Namun eksposur cepat tidak akan menghasilkan film burung kolibri yang sangat bagus jika jarak antar burung tidak cukup dari satu kepakan sayap. Maka Anda hanya akan mendapatkan kumpulan gambar diam yang tampak acak. Anda memerlukan pemisahan waktu yang singkat untuk mendapatkan urutan yang bermakna. Jadi, bagaimana cara Anda mendapatkan lokasi temporal yang ketat dan pemisahan temporal yang singkat hingga ke attometer?
Mari kita mulai dengan memikirkan lokasi temporal sebuah foton. Hal ini dibatasi oleh periodenya—Anda tidak dapat mengatur waktu foton pada waktu yang lebih kecil dari satu siklus naik-turun gelombang elektromagnetiknya. Cahaya dengan periode attodetik berada dalam bagian sinar-X dari spektrum elektromagnetik. Kita rutin menggunakan sinar-X dalam pencitraan, jadi seharusnya kita baik-baik saja di sana, bukan? Tidak terlalu. Laser pada umumnya menembakkan satu foton setiap beberapa femtodetik - yang berarti 1000 kali lebih lama dibandingkan satu attodetik. Jadi meskipun Anda membuat film gerakan attodetik dengan laser konvensional, kecepatan frame yang sangat buruk akan mengubah gerakan menjadi buram tanpa harapan.
Laser yang sangat cepat dapat dibuat—misalnya, laser Elektron Bebas… Namun laser tersebut memerlukan akselerator elektron agar bisa bekerja, dan sejujurnya laser tersebut terlalu kuat dan terlalu berbahaya untuk diberikan kepada fisikawan biasa untuk diajak bermain-main, dan selain itu, meledakkan sampel Anda dengan laser sinar-X dengan daya yang diperlukan akan sama seperti mengambil sinar-x menggunakan ledakan nuklir, hanya saja hal ini tidak praktis.
Masukkan peraih Nobel pertama kami. Pada tahun 1980-an, Anne L’Huillier dan rekan-rekannya sedang bermain-main dengan penyinaran gas Argon dengan laser inframerah. Mereka mengamati sesuatu yang cukup aneh. Biasanya, saat Anda menyinari gas, Anda akan mengeluarkan berbagai jenis cahaya. Hal ini mencakup sebagian cahaya yang Anda masukkan, sebagian cahaya yang berhubungan dengan transisi elektron dalam atom, serta sejumlah cahaya termal acak yang berasal dari goyangan atom. Namun tim L’Huillier menemukan bahwa pancaran sinar keluar terdiri dari frekuensi asli yang masuk ditambah beberapa frekuensi lebih tinggi yang tidak berhubungan dengan proses apa pun yang diketahui.
Jadi dari mana datangnya frekuensi-frekuensi lain ini? Sebenarnya cukup keren. Saat pulsa laser melewati atom gas, pulsa tersebut dapat mendorong medan elektromagnetik yang menahan elektron di tempatnya sedemikian rupa sehingga elektron lolos melalui terowongan kuantum. Elektron kemudian dapat ditarik langsung kembali ke atomnya dan akan melepaskan energi yang diperolehnya dalam satu foton, anggap saja seperti meregangkan pegas dan melepaskannya. Satu foton tersebut akan memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan masing-masing foton yang membentuk pulsa laser.
Faktanya, frekuensi tersebut merupakan kelipatan bilangan bulat dari foton laser, dan detail menariknya adalah bahwa frekuensi tersebut merupakan kelipatan ganjil, karena alasan rumit terkait simetri. Proses ini disebut pembangkitan harmonik tinggi, dan pada dasarnya menambahkan nada tambahan pada sinar laser. Mainkan nada pada alat musik apa pun dan Anda akan mendapatkan frekuensi dasar ditambah nada tambahan frekuensi yang lebih tinggi. Nada dasar berhubungan dengan gelombang berdiri dengan panjang gelombang terpanjang yang dapat ditampung di sepanjang string atau kolom udara yang beresonansi, sedangkan nada tambahan berhubungan dengan semua gelombang berdiri dengan panjang gelombang lebih pendek yang juga cocok. Keseimbangan kekuatan nada tambahan menentukan karakter yang tepat dari bunyi suatu instrumen—timbre-nya.
Jadi, warna suara laser diubah oleh awan argon. Ini adalah efek yang menarik, namun kita belum mencapai tingkat sains yang setara dengan Nobel. Untuk mencapai fisika attodetik, kita memerlukan satu lagi analogi dengan akustik. Dengarkan ini. Ini adalah nada G yang sangat rendah. Dan ini adalah nilai A yang sangat rendah. Secara individu, tidak ada yang aneh, namun jika kita memainkannya bersama-sama, kita akan mendengar semacam "wawawa". Hal ini dikenal sebagai "ketukan" dalam akustik, dan hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gelombang sinus G dan A sejajar sempurna pada titik-titik tertentu, menjadikannya lebih keras pada interferensi konstruktif, sementara keduanya tidak sejajar di tempat lain. , dan membatalkannya dengan campur tangan yang merusak.
Untuk sepasang gelombang, denyutnya cukup menyebar, dengan frekuensi yang lebih rendah dibandingkan kedua gelombang induknya. Namun jika Anda menambahkan lebih banyak gelombang, lebar ketukan dapat dipersempit sehingga Anda akan mendapatkan denyut yang tajam dan sangat sedikit di antara gelombang tersebut. Untuk itu, Anda memerlukan sejumlah besar frekuensi dengan intensitas serupa—misalnya, spektrum nada tambahan yang kaya yang dihasilkan dalam eksperimen Anne L’Huillier. Faktanya, terbukti mungkin untuk mendapatkan pulsa yang lebar temporalnya hanya ratusan attodetik.
Pulsa attosecond kami yang baru belum siap untuk diterapkan. Nilai potensialnya adalah bahwa hal ini memungkinkan kita mengukur peristiwa-peristiwa berskala paling kecil. Namun jika denyut nadi itu sendiri merupakan peristiwa berskala attosecond, bagaimana kita dapat mengalibrasinya terlebih dahulu? Ini seperti mencoba mengukur tinggi badan Anda dengan serangkaian aturan yang panjangnya tidak Anda ketahui. Dan inilah Peraih Nobel kedua kita, Pierre Agostini. Agostini dapat mengkalibrasi rangkaian pulsa dengan sekali lagi menggunakan interferensi konstruktif dan destruktif—kali ini mengacu pada sinar laser yang masuk. Ia melakukan hal ini dengan mebelokkan sebagian berkas cahaya dan menambahkan penundaan sebelum menggabungkannya kembali dengan berkas yang kini telah dikalikan frekuensinya. Dengan cara ini dia dapat mengukur lebar pulsa—mencatatnya pada 250 attodetik.
Ia juga menemukan bahwa denyutnya adalah apa yang kami sebut fase terkunci, yang berarti detaknya bagus dan konsisten dan sesuai dengan kebutuhan kami untuk pengukuran attodetik. Rangkaian pulsa ini menyediakan pulsa dengan lokalitas dan pemisahan temporal attodetik, seperti yang kami perlukan. Namun untuk beberapa aplikasi, lebih baik menggunakan pulsa attodetik tunggal yang terisolasi. Dan upaya tersebut berkat Pemenang ketiga kami, Ferenc Krausz. Saya tidak akan membahas detailnya, tetapi untuk kesenangan menonton Anda, inilah penyiapan eksperimental Rube-Goldberg mereka. Dengan manipulasi fase dan amplitudo yang rumit, mereka mampu menciptakan pulsa terisolasi sebesar 650 attodetik, yang lebarnya diketahui memiliki presisi 150 attodetik.
Oke, resolusi attosecond tercapai. Jadi, apa yang bisa kita lakukan terhadapnya? Seperti yang dikatakan Krausz sendiri dalam sebuah wawancara, mereka menemukan teknologi ini karena melihat Alam dengan cara baru adalah hal yang luar biasa, secara harfiah, hal ini membuat Anda takjub. Namun kita baru saja memberikan kekuatan super baru kepada diri kita sendiri, jadi sayang sekali jika kita tidak menggunakannya. Penerapan pulsa attodetik yang pertama adalah untuk melihat pergerakan elektron dalam atom dan molekul. Elektron melintasi orbitalnya dalam beberapa attodetik, atau lebih tepatnya awan kuantum kabur yang menentukan elektron dalam sebuah atom berubah pada skala waktu tersebut. Dengan menerima awan-awan ini dengan pulsa attodetik, kita dapat mempelajari bentuk dan dinamika elektron-elektron ini.
Pulsa attodetik juga dapat digunakan untuk memanipulasi elektron dalam rentang waktu yang sangat kecil, yang memiliki sejumlah penerapan yang canggih. Salah satu upaya yang sedang dilakukan tim Ferenc Krausz di institut Max Planck untuk Quantum Optics adalah sidik jari molekuler, yaitu pulsa attodetik yang frekuensinya disetel untuk menimbulkan getaran pada molekul tertentu. Dengan cara ini komposisi molekuler rinci suatu sampel berpotensi dapat dikatalogkan. Tim Krausz menggunakan teknologi ini untuk mengembangkan perangkat sidik jari molekuler untuk diagnosis medis.
Kemungkinan lain yang sangat menarik adalah penciptaan perangkat elektronik ultracepat. Jika kita mempunyai dua pelat logam dengan muatan listrik berlawanan dan kita menembakkan pulsa attodetik terisolasi ke salah satu pelat, maka elektron tersebut dapat diserap oleh elektron, yang melompat ke pelat kedua. Inilah efek fotolistrik, dan kita telah mengetahuinya selama 120 tahun. Namun dalam konfigurasi yang saya jelaskan, ini juga merupakan transistor, yang merupakan komponen kunci dalam sebagian besar teknologi kami. Transistor biasa mengontrol aliran listrik antara dua muatan listrik pelat dengan mengubah muatan pada pelat ketiga, namun transistor jenis baru ini mengontrol aliran menggunakan cahaya itu sendiri, yang pada prinsipnya bisa jauh lebih cepat—terutama jika lebar pulsa diukur dalam attodetik.
Krausz menyatakan bahwa dengan cara ini, kekuatan komputer dapat ditingkatkan hingga 100.000 kali lipat. Kedengarannya… optimis. Namun meskipun kita hanya mendapatkan sebagian kecil dari jumlah tersebut, hal ini merupakan pencapaian yang luar biasa, dan mungkin dapat menyelamatkan hukum Moore untuk beberapa dekade ke depan. Itu hanyalah beberapa penerapan dalam bidang kedokteran dan elektronik, namun saat kita melihat alam semesta dengan alat baru ini, kita pasti akan menemukan penerapan baru dan membuat penemuan baru. Lagi pula, setiap kali kita membuka jendela baru menuju alam semesta, misteri-misteri baru akan terungkap—apakah jendela itu menuju fenomena terbesar, terkecil, dan sekarang tercepat dalam Ruang Waktu
Pemateri: Prof. Matthew O’Dowd
Judul Asli: Why Did Attosecond Physics Win the NOBEL PRIZE?
Sumber:https://www.youtube.com/@pbsspacetime
Komentar
Posting Komentar