10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 2)

Mari kita lanjutkan…

Ingat, artikel ini adalah saduran, bukan terjemahan, dari artikel berita di majalah Physics World dan berita BBC.

Peringkat 1 s.d. 3 dibahas di Bagian 1. Peringkat 4 dan 5 dibahas di sini.

Peringkat 4: Eksperimen reaksi fusi untuk PLTN mencapai tahap penting

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) yang dipakai sekarang ini berdasarkan reaksi fisi nuklir (apa itu fisi telah dijelaskan pada Peringkat 3 di Bagian 1). Namun, efisiensi PLTN akan jauh lebih baik jika berdasarkan reaksi fusi nuklir. Tidak hanya efisiensi yang sangat tinggi, secara teoretis reaksi fusi nuklir juga ramah lingkungan.

Reaksi fusi nuklir paling sederhana adalah reaksi deuterium  dengan tritium membentuk helium (He). Deuterium adalah hidrogen dengan inti terdiri dari satu proton dan satu neutron (2H).  Inti hidrogen biasa hanya terdiri dari satu proton. Oleh sebab itu deuterium disebut juga dengan hidrogen berat. Sedangkan tritium adalah hidrogen dengan inti terdiri dari satu proton dan dua neutron (3H).

Reaksi fusi deuterium—tritium ini diilustrasikan oleh gambar berikut ini.

Deutrium (massa = 2 ) dan tritium (massa = 3) berfusi membentuk Helium (massa = 4,98) dan neutron (mass dapat diabaikan). Selisih massa, 0,02, menjadi energi dengan persamaan E = mc^2.

Deuterium dan tritium harus dikondisikan supaya reaksi fusi nuklir ini terjadi. Salah satu cara pengkondisian adalah meletakkan Deuterium dan tritium pada temperatur 40 juta Kelvin. Jelas ini sesuatu yang sulit dilakukan di meja eksperimen.

Meskipun secara teori reaksi fusi nuklir ini dapat dikatakan tuntas, namun perkembangan eksperimennya relatif lambat.

Lantas, adakah cara lain?

Inilah prestasi yang dicapai oleh para peneliti dari National Ignition Facility (NIF), California, Amerika Serikat. Mereka sukses menggunakan laser mahakuat untuk menghancurkan butiran deuterium-tritium. Butiran deutrium-tritium ini disimpan dalam kapsul seperti pada gambar berikut ini.

Kapsul deuterium-tritium pada eksperimen di NIF.

Selama proses penghacuran ini, fusi deuterium dan tritium terjadi dan energi yang dihasilkan sebagian disimpan dan sebagian lagi digunakan untuk membuat reaksi fusi lainnya – mirip-mirip dengan reaksi berantai pada reaksi fisi nuklir.

Laporan hasil eksperimen mereka diterbitkan di majalah Nature volume 506 halaman 343 pada 20 Februari 2014 yang lalu. Meskipun masih jauh untuk diterapkan di PLTN, metode yang mereka lakukan adalah terobosan penting mewujudkan PLTN dengan reaksi fusi nuklir.

Peringkat 5: Mengukur interaksi magnetik antara dua elektron terisolasi

Berdasarkan model standar partikel kita, elektron memiliki muatan dan memiliki spin. Muatan membuat elektron membangkitkan medan listrik, sedangkan orientasi spin membangkitkan medan magnet. Oleh sebab itu, muatan elektron memberi sifat listrik pada material, sedangkan spinnya memberikan sifat magnet pada material tersebut.

Dengan demikian, dua buah elektron dapat berinteraksi lewat medan listrik dan lewat medan magnet.

Interaksi dua elektron lewat medan listrik contohnya adalah gaya Coulomb. Interaksi ini sudah dideteksi dan dipelajari dengan komplit oleh para fisikawan.

Interaksi dua elektron lewat medan listrik relatif lebih besar daripada lewat medan magnet. Oleh sebab, sulit mendeteksi interaksi magnetik dari dua buah elektron.

Interaksi magnetik dua elektron mencapai maksimum ketika dua buah elektron terpisah sejauh orde 1 Å. Namun, pada jarak ini pun kekuatan interaksi magnetik masih jauh kalah oleh interaksi listrik sehingga tidak mungkin mengamati interaksi magnetik.

Kekuatan interaksi listrik berkurang jika jarak dua atom ditambah, tapi kekuatan interaksi magnetik pun berkurang.

Tim fisikawan dari Weismann Institute of Science, Israel, berhasil mengukur interaksi magnetik dari dua buah elektron dengan memanfaatkan keadaan kuantum terkait (quantum entangled state).

Keadaan kuantum terikat ini terjadi  pada dua kelompok partikel yang terletak sangat jauh tapi keadaan kuantum (quantum state) mereka saling bergantung satu dan yang lain. Fenomena ini disebut “keterkaitan kuantum” (quantum entanglement).

Dua buah elektron yang dalam keadaan kuantum terikat ini diletakkan berjauhan untuk menghilangkan dominasi interaksi listrik. Kemudian mereka menggunakan laser untuk menentukan orientasi spin masing-masing elektron. Perubahan orientasi spin ini menunjukkan dua elektron ini sedang mengalami interaksi magnetik.

Laporan hasil pengukuran ini dipublikasi di majalah Nature volume 150 halaman 376 pada 189 Juni 2014 yang lalu.

Ilustrasi medan magnet dari dua buah elektron.

Lanjut ke Bagian 3.

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

5 thoughts on “10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 2)”

Leave a Reply