Informasi

Jelajahi Perilaku Eksotik Material melalui Dua Eksperimen Terbaru

Jelajahi Perilaku Eksotik Material melalui Dua Eksperimen Terbaru

Elektron dalam atom atau molekul dapat memberi tahu kita banyak informasi tentang unsur atau bahan tersebut. Misalnya, atom yang menyusun garam meja (natrium klorida) membentuk kristal kubik karena cara kedua unsur tersebut berbagi elektron.

TERKAIT: ILMU PENGETAHUAN MENYELESAIKAN MISTERI LAMA 80 TAHUN TENTANG MATERI FERROELEKTRIK

Sifat Eksotik suatu Material

Mungkin properti yang paling dicari dari suatu material adalah superkonduktivitas. Di sinilah zat memiliki hambatan listrik nol ketika didinginkan di bawah suhu kritis tertentu.

Superkonduktivitas pertama kali ditemukan dalam merkuri oleh fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes pada tahun 1911.

Secara umum, hambatan listrik dari konduktor logam turun saat suhu diturunkan, tetapi bahkan mendekati nol absolut (nol kelvin, minus459,67 derajat Fahrenheit,minus273,15 derajat Celcius), ada beberapa hambatan. Dalam superkonduktor, resistansi turun secara tiba-tiba ke nol saat material didinginkan di bawah suhu kritisnya.

Secara teori, arus listrik melalui loop kawat superkonduktor yang didinginkan hingga suhu kritisnya dapat bertahan tanpa batas waktu tanpa sumber daya.

Dua Eksperimen, Perilaku yang Sama

Pada 2018, dua kelompok penelitian independen meneliti perilaku elektron dalam kristal dengan merancang dua dimensi antiferromagnet. Ini adalah bahan di mana momen magnetik atom atau molekulnya, biasanya terkait dengan putaran elektronnya, sejajar pada suhu rendah dalam pola teratur, dengan putaran yang bertetangga pada sublattic berbeda menunjuk ke arah yang berlawanan, sehingga hampir tidak menunjukkan eksternal bruto. daya tarik.

Para ilmuwan menemukan elektron itu secara kolektif meniru fluktuasi medan magnet dari Higgs boson. Higgs boson adalah partikel elementer (dalam Model Standar partikel) yang dihasilkan oleh eksitasi kuantum medan Higgs. Dalam sebuah buku 1993, mantan direktur Fermilab Leon Lederman menyebut teori Higgs, "partikel Tuhan".

Bidang dan partikel dinamai dari fisikawan Inggris Peter Higgs, yang pada tahun 1964 mengusulkan mekanisme untuk menjelaskan mengapa beberapa partikel memiliki massa. Keberadaan boson Higgs dikonfirmasi pada tahun 2012 oleh kolaborasi ATLAS dan CMS di Large Hadron Collider di CERN.

Dalam video di bawah ini, yang merupakan pengumuman penemuan Higgs boson, Profesor Higgs terlihat mengusap matanya setelah menunggu 48 tahun untuk konfirmasi teorinya.

Pada tanggal 10 Desember 2013, Peter Higgs, bersama dengan François Englert, dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk prediksi teoretis mereka tentang Higgs boson.

Untuk mendorong elektron agar berperilaku seperti boson Higgs, para peneliti membombardir materi dengan neutron. Medan magnet elektron mulai berfluktuasi dengan cara yang secara matematis menyerupai boson Higgs.

Satu kelompok penelitian dipimpin oleh David Alan Tennant dan Tao Hong di Laboratorium Nasional Oak Ridge. Kelompok lainnya dipimpin oleh Bernhard Keimer di Institut Max Planck untuk Penelitian Solid State.

Kelompok Keimer menemukan bahwa perilaku material mereka mirip dengan perilaku boson Higgs dalam akselerator partikel, seperti Large Hadron Collider. Di sana, boson Higgs dengan cepat meluruh menjadi partikel lain, seperti foton.

Dalam antiferromagnet Keimer, elektron berperilaku seperti partikel yang disebut boson Goldstone. Materi yang dibuat oleh grup Tennant menghasilkan mode Higgs yang tidak membusuk.

Transisi Fase Kuantum

Tujuan dari kedua kelompok ini adalah untuk mengamati transisi fase kuantum, di mana sifat suatu material dapat berubah secara dramatis. Tidak seperti transisi fase standar, seperti air yang berubah dari cair menjadi padat, transisi fase kuantum terjadi ketika parameter fisik — seperti medan magnet atau tekanan — bervariasi pada suhu nol absolut.

Kelompok Keimer berharap untuk mengamati transisi fase kuantum dan sifat aneh materi yang terkait dengan mode Higgs. Berbicara kepada Quanta Magazine, Tennant berkata, "Otak kita tidak memiliki intuisi alami untuk sistem kuantum. Menjelajahi alam penuh dengan kejutan karena penuh dengan hal-hal yang tidak pernah kita bayangkan."


Tonton videonya: KOLOKIUM FISIKA 18-08-2020 Solving Proton Mysteries at Jefferson Lab and Fermilab (Desember 2021).