Frakton, Materi Teraneh, Bisa Menghasilkan Petunjuk Kuantum


Meja Anda adalah terdiri dari atom individu yang berbeda, tetapi dari jauh permukaannya tampak halus. Ide sederhana ini adalah inti dari semua model dunia fisik kita. Kita dapat menggambarkan apa yang terjadi secara keseluruhan tanpa terjebak dalam interaksi rumit antara setiap atom dan elektron.

Jadi, ketika keadaan materi teoretis baru ditemukan yang fitur mikroskopisnya tetap bertahan di semua skala, banyak fisikawan menolak untuk mempercayai keberadaannya.

“Ketika saya pertama kali mendengar tentang frakton, saya mengatakan bahwa ini tidak mungkin benar, karena itu sepenuhnya bertentangan dengan prasangka saya tentang bagaimana sistem berperilaku,” kata Nathan Seiberg, fisikawan teoretis di Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey. “Tapi aku salah. Saya menyadari bahwa saya telah hidup dalam penyangkalan.”

Kemungkinan teoretis dari frakton mengejutkan fisikawan pada tahun 2011. Baru-baru ini, keadaan materi yang aneh ini telah mengarahkan fisikawan ke kerangka teori baru yang dapat membantu mereka mengatasi beberapa masalah terberat dalam fisika fundamental.

Frakton adalah kuasipartikel—entitas mirip partikel yang muncul dari interaksi rumit antara banyak partikel elementer di dalam suatu material. Tetapi fraksi aneh bahkan dibandingkan dengan kuasipartikel eksotis lainnya, karena mereka benar-benar tidak bergerak atau hanya dapat bergerak secara terbatas. Tidak ada apa pun di lingkungan mereka yang menghentikan pergerakan frakton; melainkan itu adalah properti yang melekat pada mereka. Ini berarti struktur mikroskopis fraksi mempengaruhi perilaku mereka dalam jarak jauh.

“Itu benar-benar mengejutkan. Bagi saya ini adalah fase materi yang paling aneh,” kata Xie Chen, ahli teori materi terkondensasi di California Institute of Technology.

Partikel Parsial

Pada tahun 2011, Jeongwan Haah, seorang mahasiswa pascasarjana di Caltech, sedang mencari fase materi yang tidak biasa yang begitu stabil sehingga dapat digunakan untuk mengamankan memori kuantum, bahkan pada suhu kamar. Dengan menggunakan algoritme komputer, ia menemukan fase teoretis baru yang kemudian disebut kode Haah. Fase dengan cepat menarik perhatian fisikawan lain karena kuasipartikel aneh yang tidak bergerak yang menyusunnya.

Mereka tampak, secara individual, seperti pecahan partikel belaka, hanya mampu bergerak dalam kombinasi. Segera, fase yang lebih teoretis ditemukan dengan karakteristik serupa, dan pada tahun 2015 Haah—bersama dengan Sagar Vijay dan Liang Fu—menciptakan istilah “fraksi” untuk kuasipartikel parsial yang aneh. (Makalah sebelumnya yang diabaikan oleh Claudio Chamon sekarang dikreditkan dengan penemuan asli perilaku frakton.)

Untuk melihat apa yang luar biasa tentang fase frakton, pertimbangkan partikel yang lebih khas, seperti elektron, yang bergerak bebas melalui suatu material. Cara yang aneh tetapi biasa dilakukan oleh fisikawan tertentu untuk memahami gerakan ini adalah bahwa elektron bergerak karena ruang diisi dengan pasangan elektron-positron yang muncul dan menghilang untuk sesaat. Salah satu pasangan tersebut muncul sehingga positron (antipartikel elektron yang bermuatan berlawanan) berada di atas elektron asli, dan mereka musnah. Ini meninggalkan elektron dari pasangan, tergeser dari elektron asli. Karena tidak ada cara untuk membedakan antara dua elektron, yang kita rasakan hanyalah satu elektron yang bergerak.

Sekarang, bayangkan bahwa pasangan partikel dan antipartikel tidak dapat muncul dari ruang hampa tetapi hanya berbentuk persegi. Dalam hal ini, sebuah bujur sangkar mungkin muncul sehingga satu antipartikel terletak di atas partikel aslinya, memusnahkan sudut itu. Kotak kedua kemudian muncul dari ruang hampa sehingga salah satu sisinya musnah dengan sisi dari kotak pertama. Ini meninggalkan sisi berlawanan dari persegi kedua, juga terdiri dari partikel dan antipartikel. Gerakan yang dihasilkan adalah gerakan pasangan partikel-antipartikel yang bergerak ke samping dalam garis lurus. Di dunia ini—contoh fase frakton—pergerakan partikel tunggal dibatasi, tetapi pasangan dapat bergerak dengan mudah.

Kode Haah membawa fenomena ini secara ekstrem: Partikel hanya bisa bergerak ketika partikel baru dipanggil dalam pola berulang yang tidak pernah berakhir yang disebut fraktal. Katakanlah Anda memiliki empat partikel yang tersusun dalam bujur sangkar, tetapi ketika Anda memperbesar setiap sudut, Anda menemukan bujur sangkar lain yang terdiri dari empat partikel yang berdekatan. Perbesar sudut lagi dan Anda menemukan kotak lain, dan seterusnya. Agar struktur seperti itu terwujud dalam ruang hampa membutuhkan begitu banyak energi sehingga tidak mungkin untuk memindahkan jenis frakton ini. Hal ini memungkinkan qubit yang sangat stabil—bit komputasi kuantum—untuk disimpan dalam sistem, karena lingkungan tidak dapat mengganggu keadaan rumit qubit.

Diposting oleh : joker123