Penerowongan Kuantum (Quantum Tunneling)
Dalam fisika klasik, jika sebuah bola ingin melewati sebuah bukit, ia harus memiliki energi kinetik yang cukup untuk mencapai puncak. Jika energinya kurang, bola akan kembali lagi. Namun, dalam dunia kuantum, partikel dapat “menembus” penghalang tersebut.
Mekanisme Fisika
Fenomena ini adalah konsekuensi langsung dari sifat gelombang materi ($\psi$). Ketika fungsi gelombang bertemu dengan penghalang potensial yang energinya lebih tinggi daripada energi partikel ($V > E$):
- Di luar penghalang: Fungsi gelombang berosilasi (berbentuk gelombang sinus).
- Di dalam penghalang: Fungsi gelombang tidak langsung menjadi nol, melainkan meluruh secara eksponensial.
- Di seberang penghalang: Jika penghalang cukup tipis, fungsi gelombang masih memiliki nilai (amplitudo) yang tersisa saat mencapai sisi lain.
Karena $|\psi|^2$ adalah probabilitas, maka ada probabilitas bukan nol bagi partikel untuk ditemukan di sisi lain penghalang, seolah-olah ia membuat terowongan melewatinya.
Aplikasi dan Peran Penting
- Fusi Nuklir di Matahari: Secara klasik, suhu Matahari tidak cukup panas untuk menyatukan proton karena tolakan elektrostatis. Proton “menerowong” penghalang ini sehingga fusi bisa terjadi. Tanpa tunneling, Matahari tidak akan bersinar.
- Mikroskop Penerowongan Payar (STM): Alat yang memungkinkan kita “melihat” atom individual dengan mengukur arus listrik yang “menerowong” dari ujung jarum ke permukaan sampel.
- Peluruhan Alfa: Cara inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel alfa adalah melalui mekanisme tunneling.
📡 2. Teleportasi Kuantum
Ini adalah salah satu topik yang paling sering disalahpahami. Teleportasi kuantum bukanlah memindahkan materi secara fisik dari titik A ke titik B seperti di film fiksi ilmiah, melainkan pemindahan informasi status kuantum secara instan.
Protokol Teleportasi
Teleportasi memerlukan tiga hal utama: Keterikatan (Entanglement), Pengukuran, dan Saluran Komunikasi Klasik.
- Persiapan: Dua partikel (B dan C) dibuat terjerat. Partikel B diberikan kepada pengirim (Alice) dan C kepada penerima (Bob).
- Interaksi: Alice memiliki partikel A yang status kuantumnya ingin ia kirim. Alice melakukan pengukuran khusus pada partikel A dan B secara bersamaan.
- Transfer Informasi: Tindakan pengukuran ini secara instan mengubah status partikel C milik Bob (karena keterikatan B dan C). Namun, Bob belum bisa membaca informasi tersebut.
- Komunikasi Klasik: Alice harus mengirimkan hasil pengukurannya kepada Bob melalui saluran telepon atau internet (kecepatan cahaya). Setelah menerima data itu, Bob melakukan operasi matematika pada partikel C untuk memulihkan status asli dari partikel A.
Teorema Tanpa Kloning (No-Cloning Theorem): Dalam proses ini, status asli partikel A milik Alice hancur. Kita tidak bisa menyalin status kuantum; kita hanya bisa memindahkannya.
❄️ 3. Kondensat Bose-Einstein (BEC)
Ini adalah fase materi kelima (selain padat, cair, gas, dan plasma) yang muncul hanya pada suhu mendekati nol mutlak (0 Kelvin).
Fenomena Makroskopis
Pada suhu ekstrim ini, sekelompok Boson (partikel dengan spin integer) akan jatuh ke tingkat energi terendah yang sama secara massal.
- Identitas Kolektif: Ribuan atau jutaan atom mulai berperilaku sebagai satu partikel tunggal. Fungsi gelombang mereka tumpang tindih secara sempurna sehingga mereka kehilangan identitas individualnya.
- Superfluiditas: Cairan dalam fase ini dapat mengalir tanpa gesekan sama sekali, bahkan bisa merambat naik ke dinding wadah melawan gravitasi.
BEC adalah laboratorium terbaik untuk mengamati fenomena kuantum secara langsung dengan mata telanjang karena efek kuantum yang biasanya tersembunyi menjadi “teramplifikasi” ke skala makroskopis.