Dalam dunia fisika modern, tidak ada wilayah penelitian yang lebih ekstrem dan menakjubkan daripada studi suhu ultra rendah—suhu yang mendekati 0 Kelvin atau –273,15°C. Pada kondisi ini, materi kehilangan hampir seluruh energi kinetiknya. Atom berhenti bergetar, molekul melambat hingga titik stagnan, dan hukum fisika klasik tidak berlaku sepenuhnya. Inilah dunia cryogenic quantum physics, tempat munculnya fenomena yang tidak kita temukan dalam kondisi normal.
Penelitian Suhu Dekat 0 Kelvin: Dunia Fisika yang Mengungkap
BEC membuka pintu untuk mempelajari fenomena kuantum secara langsung
Di kondisi ini, materi dapat memperlihatkan superfluidity—keadaan cairan yang mengalir tanpa gesekan, tanpa hambatan, bahkan dapat merambat naik di dinding bejana. Hal ini bertentangan dengan intuisi fisika klasik yang diajarkan di sekolah. Superfluid helium, misalnya, menjadi salah satu bukti paling menakjubkan bagaimana materi dapat berperilaku aneh pada suhu cryogenic. Cairan ini dapat bergerak melalui celah mikroskopis dan terus mengalir tanpa kehilangan energi.
Pada suhu dekat 0 Kelvin, elektron dalam material tertentu dapat membentuk pasangan Cooper yang menghasilkan sifat superkonduktivitas. Dalam keadaan ini, listrik mengalir tanpa resistansi. Artinya, tidak ada energi yang hilang sebagai panas. Fenomena superkonduktor telah digunakan dalam kereta maglev, MRI, akselerator partikel, dan teknologi kuantum. Tanpa suhu cryogenic, superkonduktivitas hampir mustahil terjadi.
Penelitian suhu ultra rendah juga memainkan peran penting dalam pengembangan komputer kuantum. Qubit—unit dasar komputer kuantum—sangat sensitif terhadap panas. Getaran kecil saja dapat membuat qubit kehilangan koherensinya. Dengan cryogenic cooling, qubit dapat berada dalam keadaan stabil sehingga perangkat kuantum dapat bekerja dengan presisi tinggi. Beberapa komputer kuantum modern, seperti milik Google dan IBM, beroperasi pada suhu 15 milikelvin—lebih dingin dari ruang antarbintang.
Selain itu, suhu mendekati 0 Kelvin memungkinkan ilmuwan mempelajari transisi fase kuantum, suatu fenomena di mana materi berubah fase bukan karena suhu, melainkan karena perubahan parameter kuantum seperti tekanan atau medan magnet. Transisi ini penting untuk memahami materi eksotik seperti topological insulators dan spin liquids yang dianggap kunci masa depan elektronik ultraefisien.
Menurunkan suhu hingga mendekati 0 Kelvin bukanlah tugas mudah
Para ilmuwan menggunakan teknik seperti laser cooling, evaporative cooling, hingga peralatan cryostat multi-lapis yang kompleks. Prosesnya bisa memakan waktu berjam-jam, bahkan berhari-hari, untuk mencapai suhu stabil yang cukup rendah untuk penelitian.
Penelitian suhu ultra rendah bukan hanya pencarian batas fisika; ia adalah jendela menuju pemahaman baru tentang realitas. Dunia pada suhu ini memberi petunjuk bagaimana materi bekerja pada skala paling kecil, memungkinkan teknologi masa depan seperti komputer kuantum, sensor ultra-presisi, dan sistem superfluid.
Cryogenics pada titik ini bukan hanya ilmu, tetapi seni untuk menciptakan kondisi paling ekstrem yang dapat dicapai manusia.