BentUk matEri TeLah DiteMukaN

Para ilmuwan Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Amerika Serikat baru-baru ini menemukan bentuk terbaru materi yang berupa gas superfluida pada temperatur tinggi. Grup peneliti ini dipimpin oleh Prof. Wolfgang Ketterle, pemenang Nobel Fisika dan juga pengawas Laboratorium Penelitian Elektronik di MIT.

Penemuan gas superfluida ini sangat mencengangkan sehingga Dan Kleppner, Direktur MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms, mengatakan bahwa hal ini merupakan terobosan yang sangat berarti bagi dunia superfluida.

Gas superfluida dapat dengan mudah mengalir tanpa mendapat hambatan yang berarti. Perbedaannya dengan gas biasa dapat diamati dari perputaran yang dimiliki. Gas 'normal' berotasi layaknya benda biasa, namun gas superfluida hanya mampu berotasi saat gas tersebut membentuk vortex layaknya tornado berukuran mini. Akibatnya, tampilan dari gas ini mirip dengan keju Swiss, di mana lubang yang ada merupakan inti dari tornado mini tadi (lihat Gambar 1).

Kelompok yang diketuai oleh Ketterle ini beranggotakan mahasiswa program pascasarjana MIT yakni Martin Zwierlein, Andre Schirotzek, dan Christian Schunck yang kesemuanya adalah anggota dari Center for Ultracold Atoms, dan juga Jamil Abo-Shaeer, sarjana MIT (lihat Gambar 2). Selama hampir satu tahun meneliti, grup peneliti ini akhirnya menemukan metoda agar gas tersebut dapat berotasi. "Caranya adalah dengan menggunakan medan magnet dan juga tembakan laser," tutur Martin Zwierlein, anggota tim peneliti.

"Dalam bidang superfluida dan juga superkonduktor, partikel-partikel bergerak dalam posisi tertentu. Selanjutnya, kumpulan partikel tersebut bergabung menjadi suatu bentuk gelombang mekanika kuantum yang besar," kata Ketterle.

Gerakan semacam itu memungkinkan material superkonduktor untuk membawa aliran listrik tanpa ada hambatan. Tim MIT ini mampu melihat pergerakan gas superfluida ini pada temperatur yang sangat rendah, gas tersebut didinginkan hingga 50 jutaan derajat Kelvin, mencapai nilai absolut nol (-273?C atau -459?F).

Pengamatan dilakukan atas superfluiditas fermionik dalam isotop lithium-6 yang terdiri dari tiga proton, tiga neutron, dan tiga elektron. Karena total jumlah konstituen adalah ganjil, maka lithium-6 merupakan suatu fermion. Gas didinginkan hingga mencapai nilai absolut nol. Kemudian, gas tersebut diperangkap dan siap ditembak dengan laser; medan listrik, dan magnet digunakan agar gas berada dalam posisi yang tetap.

Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian tentang pembentukan kondensat Bose-Einstein, suatu bentuk materi di mana suatu partikel terkondensasi dan bertindak sebagaimana satu gelombang besar. Kondensasi Bose-Einstein antara pasangan fermion yang saling terikat sebagai molekul pertama kali diamati pada bulan Novermber 2003 oleh sekelompok peneliti dari Universitas Colorado di Boulder, Universitas Innsbruck di Austrida, dan MIT. Namun, pengamatan terhadap kondensasi Bose-Einstein tidaklah sama dengan mengamati fenomena superfluiditas. Studi lebih lanjut dilakukan oleh kelompok yang sama ditambah dengan grup lain dari Ecole Normale Superieure di Paris, Universitas Duke, dan Universitas Rice namun tidak ditemukan bukti yang memadai akan superfluiditas.

Mengapa penelitian akan gas superfluid sangat berarti? Gas superfluid Fermi yang dihasilkan oleh peneliti dari MIT ini dapat bertindak sebagai suatu model yang dapat dikendalikan dan berguna untuk mempelajari materi fermionik yang lebih kompleks dan pejal seperti superkonduktor padat, bintang-bintang neutron maupun plasma quark-gluon yang disinyalir terdapat pada awal masa pembentukan alam semesta. Tak heran jika penelitian ini banyak mendapat dukungan dari pemerintah yang diwakili oleh National Science Foundation, Office of Naval Research, NASA, dan juga Army Research Office.