Perjalanan Menuju Inti Mekanika Kuantum: Studi Mendalam Melalui Kunjungan ke Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) Serpong

Mekanika kuantum muncul sebagai solusi terhadap kegagalan mekanika klasik dalam menjelaskan fenomena skala atomik dan subtomik. Dengan konsep kuntisasi energi, dualitas gelombang-partikel, persamaan schrodinger, Fungsi gelombang, superposisi kuantum, dan prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Mekanika klasik, yang didasarkan pada hukum-hukum Newton dan elektromagnetisme Maxwell, telah memberikan penjelasan yang sangat baik tentang fenomena makroskopik. Namun, mekanika klasik mengalami kegagalan yang signifikan ketika digunakan pada skala atomik dan subatomik atau dengan kata lain tidak dapat memberikan penjelasan terkait bentuk mikroskopik. Fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh mekanika klasik yaitu radiasi benda hitam dan efek fotolistrik.

Radiasi benda hitam merupakan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda hitam dalam kesetimbangan termal.  Teori klasik mengatakan bahwa "Bencana Ultraviolet" akan terjadi ketika intensitas radiasi pada frekuensi tinggi meningkat tak terbatas. Namun eksperimen menunjukkan bahwa intensitas sebenarnya menurun pada frekuensi tinggi.

Teori Max Planck membantu menjelaskan spektrum radiasi benda hitam pada semua frekuensi karena dia mengusulkan bahwa energi radiasi elektromagnetik hanya dapat diserap atau dipancarkan dalam paket-paket diskret yang disebut kuanta.

Selain itu efek fotolistrik juga menjadi salah satu fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh mekanika klasik. Eksperimen menunjukkan bahwa ketika cahaya dengan frekuensi tertentu menyinari permukaan logam, elektron terlepas darinya. Menurut teori klasik, energi elektron yang terlepas bergantung pada intensitas cahaya, tetapi eksperimen menunjukkan bahwa energi elektron hanya bergantung pada frekuensi cahaya, dan ada frekuensi ambang di bawahnya elektron tidak akan terlepas sama sekali.

Albert Einstein memperluas gagasan kuantisasi Planck untuk menjelaskan efek fotolistrik. Ia mengusulkan bahwa foton adalah kuanta energi, dan energi foton adalah. Elektron hanya akan terlepas jika energi foton cukup besar untuk memenuhi kebutuhan logam untuk melakukan fungsinya. Penemuan efek fotolistrik memberikan bukti eksperimental yang cukup kuat untuk teori kuantum.

Gambar 2. Mekanika Kuantum

Munculnya mekanika kuantum sebagai solusi terhadap kegegalan mekanika klasik dimana, mekanika klasik tidak dapat menjelaskan terkait bentuk mikroskopik ataupun fenomena skala atomik dan subtomik suatu partikel. Dengan didasari konsep-konsep dasar seperti dualitas gelombang-partikel, fungsi gelombang atau probabilitas suatu partikel, operator mekanika kuantum, persamaan schrodinger, dan prinsip ketidakpastian Heisenberg.
Fungsi gelombang yang harus dinormalisasika berarti menunjukkan keadaan matematis suatu sistem. Fungsi gelombang memberikan informasi terkait probabilitas dan nilai harap  partikel tertentu. Bukan hanya itu, dalam mekanika kuantum terdapat juga operator mekanika diantaranya operator posisi, operator momentum, operator energi kinetik, operator energi potensial, dan operator hamiltonian.

Gambar 3. Erwin Schrodinger

Erwin Schrodinger mengembangkan persamaan gelombang yang menjadi dasar dari mekanika kuantum. Persamaan schrodinger membahas tentang fungsi gelombang partikel pada dimensi atomik atau dengan kata lain persamaan untuk partikel bebas atau partikel yang dipengaruhi oleh potensial yang konstan. Umumnya persamaan schrodinger terbagi menjadi dua yaitu, persamaan schrodinger bergantung waktu dan persamaan schrodinger bebas waktu.
Dilanjut dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa tidak mungkin dapat mengukur posisi dan momentum suatu partikel secara bersamaan. Prinsip ini menunjukkan bahwa skala kuantum terdapat batasan fundamental untuk dapat mengetahui sifat-sifat suatu partikel. Hal ini menggambarkan sifat probabilitistik dari mekanika kuantum.

Gambar 4. Pemaparan Kuantum

Dengan semua penjelasan materi diatas terkait mekanika kuantum, kami Mahasiswa/i Pendidikan Fisika UIN Jakarta melakukan studi mendalam dengan berkunjung ke BRIN (Badan Riset dan Inovasi Nasional) yang berada diwilayah Serpong. Kesempatan yang luar biasa ini bisa diperoleh dengan adanya bantuan dari dosen pengampu, Ibu Ai Nurlaela M.Si. Kunjungan dilakukan pada tanggal 26 Juni 2024 dengan jumlah  50 mahasiswa/i semester 4. Banyak sekali ilmu baru yang kami dapatkan terkait riset yang ada diindonesia.

Disana kami juga bertemu dengan orang-orang yang luar biasa yang mau menunjukkan kepada kami terkait apa saja yang belum kami ketahui. Sebagai salah satu dari mahasiswa/i yang beruntung, saya Rahayu Zahrotun Qolbi mengucapkan terimakasih banyak kepada pihak BRIN (Badan Riset dan Inovasi Nasional) Serpong yang sudah memberikan kesempatan khususnya untuk saya agar bisa mengenal lebih banyak lagi terkait badan riset yang dimiliki oleh Indonesia.

Gambar 5. Foto Bersama