Materi terdingin di dunia bukan di Antartika.
Mereka tidak berada di puncak Gunung Everest
ataupun terkubur di dalam gletser.
Namun di laboratorium fisika:
kumpulan gas yang disimpan pada suhu beberapa derajat di atas nol absolut.
Itu 395 juta kali lebih dingin daripada lemari es kalian,
100 juta kali lebih dingin dari nitrogen cair,
dan 4 juta kali lebih dingin dari angkasa luar.
Suhu ini memberi kesempatan pada peneliti untuk melihat bagian dalam materi,
dan memungkinkan para peneliti membuat alat yang sangat sensitif
yang dapat menjelaskan segala hal
dari posisi tepat kita di planet
hingga apa yang terjadi di jarak terjauh di alam semesta.
Bagaimana kita membuat suhu yang begitu ekstrem?
Singkatnya, dengan memperlambat partikel yang sedang bergerak.
Saat kita berbicara tentang suhu, sebetulnya yang kita bahas adalah gerakan.
Atom yang menyusun zat padat,
zat cair,
dan gas
selalu bergerak.
Ketika atom bergerak semakin cepat, kita merasa suhunya semakin tinggi.
Ketika atom bergerak lebih lambat, kita merasa suhunya semakin dingin.
Untuk membuat benda panas menjadi dingin dalam kehidupan sehari-hari,
kita meletakkannya di lingkungan yang lebih dingin, seperti lemari es.
Beberapa pergerakan atom pada benda panas dilepaskan ke area sekitarnya,
dan menjadi dingin.
Tapi ada batas untuk ini:
bahkan angkasa luar masih terlalu hangat untuk menciptakan suhu yang sangat rendah.
Jadi, para ilmuwan menemukan cara untuk memperlambat atom secara langsung –
dengan sinar laser.
Dalam situasi normal,
energi dari sinar laser memanaskan benda di sekitarnya.
Tapi, jika digunakan secara tepat,
momentum sinar dapat menahan pergerakan atom, dan mendinginkannya.
Itu yang terjadi dalam alat yang disebut perangkap magneto-optis.
Atom dimasukkan ke dalam ruang vakum,
dan medan magnet menarik atom ke pusat.
Cahaya laser diarahkan ke pusat
diatur menjadi frekuensi tertentu
sehingga atom yang bergerak ke arahnya menyerap foton dari laser dan melambat.
Efek lambat ini berasal dari perpindahan momentum
antara atom dan foton.
Sebanyak enam sinar, dalam pengaturan yang tegak lurus,
memastikan atom-atom yang bergerak ke segala arah akan dicegat.
Di pusat, tempat sinar itu berpotongan,
atom akan bergerak lebih lambat, seperti terjebak dalam cairan kental —
efek ini disebut peneliti sebagai optical molasses.
Jebakan magneto-optis seperti ini
dapat mendinginkan atom menjadi hanya beberapa mikrokelvin —
sekitar -273 derajat Celsius.
Teknik ini dkembangkan di tahun 80-an,
dan para ilmuwan yang berkontribusi
memenangkan Hadiah Nobel di bidang Fisika pada 1997 untuk penemuan ini.
Sejak itu, pendingin laser ditingkatkan hingga mencapai suhu yang lebih rendah.
Tapi mengapa kita perlu mendinginkan atom sejauh itu?
Pertama-tama, atom yang dingin akan menjadi detektor yang baik.
Dengan energi yang kecil,
mereka sangat sensitif dengan fluktuasi yang terjadi di lingkungan.
Jadi mereka digunakan pada alat pendeteksi minyak bawah tanah dan deposit mineral,
dan mereka juga membuat jam atom yang sangat akurat,
seperti yang digunakan pada satelit global.
Kedua, atom yang dingin memiliki potensi yang sangat besar
untuk menyelidiki batas-batas fisika.
Sensitivitas tinggi mereka cocok
untuk mendeteksi gelombang gravitasi pada detektor di masa depan.
Mereka juga berguna untuk mempelajari fenomena atomik dan subatomik,
yang memerlukan pengukuran fluktuasi yang sangat kecil pada energi atom.
Yang tersamar saat suhu normal,
ketika atom bergerak secepat ratusan meter per detik.
Laser pendingin dapat memperlambat atom menjadi beberapa sentimeter per detik—
sehingga pergerakan yang disebabkan oleh efek kuantum atom menjadi jelas.
Atom yang sangat dingin telah memungkinkan ilmuwan menyelidiki fenomena
seperti kondensasi Bose-Einstein,
saat atom didinginkan mendekati suhu nol absolut
dan menjadi materi baru yang langka.
Jadi, selagi peneliti meneruskan upaya untuk memahami hukum fisika
dan menyingkap misteri alam semesta,
mereka akan melakukannya dengan bantuan atom yang paling dingin.