Teknologi Atom Dingin

Teknologi pendinginan sistem yang dikenal pada umumnya selalu menggunakan cairan nitrogen atau helium. Dengan memanfaatkan cairan nitrogen seseorang dapat mencapai suhu terendah sekitar 63 sampai 72 kelvin dan dengan cairan helium seseorang dapat mencapai suhu terendah sekitar 1-5 kelvin, catatan 1 C = 273 kelvin. Pertanyaan selanjutnya muncul dari teknologi pendinginan ini, dapatkah kita mencapai suhu yang lebih rendah dibandingkan sistem nitrogen dan helim. Merujuk pada hukum termodinamika ke-3 yang menyatakan bahwa suatu pendinginan sistem tidak dapat mencapai 0 kelvin, mungkin pencapaian suhu 0

Teknologi dengan suhu rendah di atas dapat direalisasikan dengan ide yang muncul dari pemahaman asal munculnya panas. Secara umum, panas berasal dari gesekan antara partikel-partikel namun bila satu partikel saja yang di masukan perhitungan, panas muncul dari atom yang terus bergetar dikarenakan gangguan dari luar yang dapat berupa radiasi dan gelombang EM. Jadi untuk mengurangi panas yang disebabkan oleh getaran atom, seseorang harus mengurangi getaran atom itu sendiri.

Atom yang terkena gangguan luar berupa radiasi gelombang EM mengeksitasi elektron di kulit terluar ke lapisan energi yang lebih tinggi lalu mende-eksitasi elektron ke level terbawah sambil mengemisikan foton. Dalam kehidupan sehari-hari warna muncul karena spektrum yang datang dari cahaya matahari berupa sinar yang memiliki banyak spektrum dari merah, hijau dan biru serta perpaduan dariketiga warna tersebut. Benda yang terlihat oleh mata telanjang terjadi disebabkan elektron dalam sistem tereksitasi ke level eksitasi sambil mengemisikan foton dengan frekuensi yang sesuai dengan salah satu frekuensi cahaya matahari sehingga warna objek tersebut dapat dilihat dengan mata telanjang disebabkan rentang cahaya tampak (merah, hijau, biru dan perpaduan antara ketiga elemen warna tersebut).

Lebih jauh, sebenarnya atom tidak hanya mengeksitasi elektron lalu mengemisikan foton namun seiring dengan terjadinya emisi foton atom mengalami gaya dorong yang berlawanan dengan arah teremisinya foton untuk memenuhi syarat konservasi momentum, namun karena efeknya sangat kecil hal tersebut bisa diabaikan. Besar gaya dorong yang berlawanan dengan arah emisi foton ini tergantung dari gangguan yang diterima atom dari radiasi luar. Efek ini dapat dipahami jika seseorang melihat genangan air kecil sehabis hujan yang tersinari efek cahaya matahari, warna yang terlihat akan bervariasi tergantung posisi kita melihat, bisa dikatakan tergantung dari sudut pandang pengamat (dopler shift). Hal ini terjadi pada atom, emisi yang terjadi pada atom menuju ke arah yang acak dikarenakan gangguan radiasi datang dari berbagai sudut, dalam setiap sudutnya atom mendapatkan energi yang berbeda dalam proses eksitasi-emisi. Jadi tidak hanya besar gaya dorong yang berbeda yang disebabkan oleh emisi yang acak dari atom namun atom mengalami 'jiggle' dan 'recoil'. Hal ini penyebab dari panas yang disebabkan atom, bila seseorang dapat meminimalisir efek 'recoil' atom, teknologi pendinginan kurang dari 1 K dapat direalisasikan.

Bayangkan sebulah bola kecil di semprot dari arah kanan oleh air selang, bola tersebut mengalami gaya dorong ke sebelah kiri namun bila dibalas dengan satu tambahan air selang dari sebelah kiri, bola tersebut mengalami gaya dorong ke sebelah kanan. Dalam tekanan air tertentu dan jika kedua frekuensi air tersebut sama (resonansi), bola kecil tersebut tertahan pada satu titik dengan 'recoil' yang lebih kecil. Gambaran kasar ini bisa direalisasikan pada atom, perumpamaan air tersebut bisa digantikan dengan laser dengan frekuensi yang berbeda dari arah yang berlawanan. Selain itu, atom memiliki frekuensi tertentu dimana gaya 'recoil' yang dikarenakan emisi ini berkurang. Medan magnet dapat digunakan untuk mengatur 'recoil' atom ini, oleh karena itu selain atom diperlakukan oleh laser dengan dua frekuensi yang berbeda, atom harus disimpan dalam sebuah jebakan magnet yang memungkinkan atom untuk meminimalisir gaya 'recoil' nya, dalam isitilah umum hal ini disebut magneto optical trap (MOT).

Cara ini berhasil diimplementasikan oleh Fisikawan asal Rusia Vladilen S. Letokov pada tahun 1968 dan Arthur Askin 1978 di AT&T Laboratorium Bell. Penjelasan di atas masih penjelasan kasar, banyak gaya interaksi antara atom dan laser yang akan penulis tuliskan pada tulisan berikutnya. Salam hangat dari fisikawan Indonesia yang sedang merantau di eropa.

ttd

Wildan