Dengan melapiskan beberapa sinar laser, para peneliti menghasilkan grid tabung cahaya (Sumber: Max Planck Institute for Quantum Optics).
Membaca Ada dua jenis partikel fisik yang hampir tidak bisa berperilaku berbeda: boson dan fermion. Sementara fermion serupa dilarang keras untuk tetap di tempat yang sama, boson tidak memiliki masalah dengan itu. Sebuah tim dari fisikawan Mainz dan Munich kini telah berhasil memaksa atom-atom rubidium bosonik untuk berperilaku seperti fermion. Para peneliti mempresentasikan eksperimen mereka dalam jurnal Nature (Vol. 429, hlm. 277). Prinsip eksklusi kuantum-mekanis yang ditemukan oleh Wolfgang Pauli (1900 hingga 1958) menyatakan bahwa partikel dengan putaran setengah bilangan bulat? ini adalah fermion? tidak pernah memiliki angka kuantum yang sama. Bilangan kuantum adalah sifat-sifat yang dapat diasumsikan oleh partikel fisik. Secara khusus, putaran menunjukkan seberapa cepat suatu partikel berputar dengan sendirinya.

Prinsip Pauli ini adalah alasan mengapa masalah alam semesta kita dapat dengan rapi dibagi menjadi sistem periodik yang terstruktur secara sistematis. Elektron hanya dapat mengambil nilai putaran ditambah satu setengah dan minus satu setengah. Karena prinsip Pauli tidak memungkinkan semua bilangan kuantum identik untuk dua elektron, elektron ketiga harus berbeda dalam bilangan kuantum yang berbeda dari dua elektron pertama. Untuk elektron yang mengorbit inti atom, ini berarti bahwa mereka harus mengorbit atom di orbital lain.

Perilaku sebaliknya ditunjukkan oleh boson. Pada tahun 1995, antara lain, fisikawan Jerman Wolfgang Ketterle berhasil memproduksi apa yang disebut kondensat Bose-Einstein. Ini adalah keadaan materi mekanika kuantum eksotis di mana banyak atom berada di tempat yang sama. Agar atom menunjukkan perilaku ini, mereka harus didinginkan mendekati nol mutlak pada minus 273 derajat Celcius.

Kondensat atom rubidium Bose-Einstein seperti itu juga merupakan titik awal bagi para peneliti di Institut Max Planck untuk Optik Quantum di Garching dan Universitas Mainz. Dengan bantuan beberapa laser, fisikawan menciptakan "perangkap" beberapa ribu "tabung cahaya" yang sejajar satu sama lain pada titik di mana kondensat Bose-Einstein berada. Karena kondisi energi yang dihasilkan oleh ini, hanya mungkin bagi atom untuk bergerak di sepanjang tabung ini, tetapi tidak secara tegak lurus dengan mereka. Dengan meningkatkan intensitas sinar laser, tim yang dipimpin oleh Theodor Hänsch dan Immanuel Bloch menemukan bahwa atom rubidium didistribusikan di sepanjang tabung cahaya. pameran

Tetapi mereka belum menunjukkan perilaku fermionik yang khas. Karena atom bisa bergerak bebas di sepanjang tabung. Secara khusus, mereka dapat "menyalip" satu sama lain, sementara mengambil posisi yang sama. Namun, dengan menambahkan gelombang cahaya yang berdiri di sepanjang tabung, para ilmuwan mencapai peningkatan massa atom yang "terasa". Ini mengurangi energi kinetik atom. Dengan memutar gelombang berdiri ke atas dan ke bawah, fisikawan mampu mengendalikan perilaku fermionik atom.

Keberadaan "Tonks-Girardeau gas" seperti itu telah diprediksi oleh Marvin Girardeau sekitar empat puluh tahun yang lalu. Para peneliti dapat membuktikan bahwa pengamatan mereka sebenarnya adalah gas Tonks-Girardeau dengan mengukur dan menghitung distribusi kecepatan atom dalam tabung cahaya.

"Bagaimana penemuan ini akan mempengaruhi penelitian yang sedang berlangsung dalam komputasi kuantum dan teknologi informasi kuantum masih belum jelas. Tetapi dengan percobaan ini, jalan yang menarik telah dibuka untuk kita. "Inilah bagaimana Murray Holland dari University of Colorado di Boulder berkomentar tentang hasil fisikawan Jerman.

Axel Tilleman

science.de

Direkomendasikan Pilihan Editor