Trio Ilmuwan Raih Hadiah Nobel Fisika atas Upaya Mengungkap Rahasia Elektron

Amelle Zaïr, King's College London

Hadiah Nobel Fisika tahun 2023 telah diberikan kepada trio ilmuwan karena memelopori alat yang digunakan untuk mempelajari dunia elektron.

Elektron merupakan partikel sub-atom yang berperan dalam banyak fenomena yang kita lihat sehari-hari, mulai dari listrik hingga magnet. Tiga peraih Nobel bidang fisika tahun ini mendemonstrasikan cara menciptakan gelombang cahaya yang sangat pendek untuk menyelidiki proses yang melibatkan elektron.

Pierre Agostini dari The Ohio State University di Amerika Serikat (AS), Ferenc Krausz dari Max Planck Institute of Quantum Optics di Jerman dan Anne L'Huillier dari Universitas Lund di Swedia akan berbagi hadiah sebesar 11 juta kronor Swedia (£822,910 atau sekitar Rp15,5 miliar).

Perubahan elektron biasanya terjadi dalam sepersepuluh "attodetik (attosecond)", yaitu sepermiliar miliar detik. Untuk mempelajari kejadian sangat singkat seperti itu, diperlukan teknologi khusus.

Para pemenang telah mengembangkan metode eksperimental yang menghasilkan gelombang cahaya yang sangat pendek sehingga diukur dalam attodetik. Ini kemudian dapat digunakan untuk mempelajari dinamika elektron dalam materi fisik - sesuatu yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan.

Gelombang attodetik, kilatan cahaya terpendek yang pernah dihasilkan, memicu revolusi fotonik-ilmu tentang gelombang cahaya. Mereka digunakan untuk mengambil snapshot elektron dalam sistem fisik yang berbeda, seperti dalam atom, molekul kiral-molekul yang merupakan bayangan cermin satu sama lain-dan nanopartikel yang sangat kecil.

Semua pemenang telah berkontribusi untuk memungkinkan penyelidikan proses tersebut. Untuk pertama kalinya, gelombang cepat ini memungkinkan para ilmuwan menyesuaikan skala waktu pengamatan mereka dengan skala waktu alami dan sangat cepat saat terjadinya dinamika elektron.

Pencapaian ini memerlukan inovasi yang signifikan dalam sains dan teknik laser-inovasi yang telah dikerjakan oleh para peraih Nobel tahun ini selama beberapa dekade.

L'Huillier telah menemukan sebuah efek baru yang muncul akibat interaksi antara sinar laser dan atom dalam suatu gas. Interaksi ini dapat digunakan untuk menghasilkan gelombang sinar ultraviolet yang panjangnya masing-masing beberapa ratus attodetik.

Agostini dan Krausz mengembangkan penemuan ini lebih jauh lagi. Pada 2001, Agostini mampu menghasilkan gelombang cahaya pendek dan mengukur lebarnya.

Rangkaian ledakan yang dihasilkan menggunakan sesuatu yang disebut teknik RABBIT hanya berlangsung selama 250 attodetik.

Pada waktu yang hampir bersamaan, Krausz telah mengembangkan pendekatan eksperimental yang berbeda, menggunakannya secara sukses untuk mengisolasi suatu gelombang cahaya yang berlangsung selama 650 attodetik.

Kedua pendekatan yang dikembangkan oleh Agostini dan Krausz menjadi dasar bagi banyak penelitian attosecond yang dilakukan saat ini.

Aplikasi menarik

Ada beberapa aplikasi potensial yang menarik untuk gelombang attodetik ini.

Mereka dapat digunakan untuk mempelajari fenomena fisik yang tidak diketahui sebelumnya dalam berbagai jenis materi.

Sebuah area yang tak terduga tapi berguna (spin-off) yang dikenal sebagai peralihan sangat cepat atau ultra-fast switching bisa juga satu hari nanti mengarah pada pengembangan elektronik yang bekerja sangat cepat.

Sains gelombang attodetik juga dapat digunakan dalam diagnostik medis. Dengan memaparkan suatu sampel darah pada gelombang cahaya yang sangat cepat, para ilmuwan dapat mendeteksi perubahan kecil pada molekul dalam sampel tersebut. Hal ini dapat mengarah pada cara baru untuk mendiagnosis gangguan, termasuk kanker.

Tim kami di King's College London telah berupaya menggabungkan resolusi pada proses fisik yang dimungkinkan oleh gelombang attodetik dengan kemajuan dalam pemrosesan informasi kuantum. Hal ini akan menciptakan gelombang cahaya kuantum pada skala waktu attodetik yang dapat diterapkan dalam komputasi kuantum.

Penghargaan Hadiah Nobel dalam bidang ini menginspirasi kita untuk melipatgandakan upaya kita dalam membuat terobosan baru. Kami berharap rekan-rekan kami terus sukses, dan kami sangat ingin melihat kejutan apa yang akan mereka berikan selanjutnya.

Amelle Zaïr, Senior Lecturer of Physics, King's College London

Artikel ini terbit pertama kali di The Conversation. Baca artikel sumber.