Fisika klasik bertemu dengan teknologi mutakhir ketika sekelompok fisikawan dari Universitas Wina berhasil mengukur rotasi Bumi dengan presisi yang belum pernah tercapai sebelumnya.
AS, suararepubliknews.com – Dengan menggunakan foton (partikel elementer dalam fisika yang merupakan kuantum dari medan elektromagnetik, termasuk cahaya. Foton dianggap sebagai partikel yang membawa energi elektromagnetik dan juga sebagai dasar dari teori kuantum cahaya) yang saling terkait secara kuantum (quantum entanglement) dalam eksperimen yang disebut efek Sagnac, mereka membuka pintu bagi kemungkinan baru dalam mempelajari interaksi antara mekanika kuantum dan gravitasi.
Dilansir dari media Studyfinds, efek Sagnac yang pertama kali didemonstrasikan oleh fisikawan Prancis Georges Sagnac pada tahun 1913, menunjukkan bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan berbeda saat melewati jalur searah dan berlawanan dalam bingkai yang berputar. Lebih dari satu abad kemudian, tim yang dipimpin oleh Raffaele Silvestri dan Philip Walther ini memberikan sentuhan kuantum pada eksperimen klasik tersebut.
Teknologi Quantum untuk Eksperimen Klasik
Tim ini membangun interferometer Sagnac yang ditingkatkan dengan teknologi kuantum. Perangkat ini membagi cahaya menjadi dua berkas yang bergerak dalam arah berlawanan mengelilingi jalur tertutup sebelum bergabung kembali. Rotasi Bumi menyebabkan jalur cahaya yang bergerak searah rotasi Bumi sedikit lebih pendek dibandingkan yang berlawanan, menciptakan pola interferensi yang terdeteksi saat berkas-berkas tersebut bergabung kembali.
Namun, mereka tidak menggunakan cahaya biasa. Mereka memakai foton yang saling terkait secara kuantum, yang berarti sifat-sifat mereka tetap terhubung tanpa peduli jarak di antara mereka. Ketika foton-foton ini dikirimkan dalam arah berlawanan di sepanjang jalur serat optik seluas 715 meter persegi, para peneliti mengamati pergeseran fase yang dua kali lebih besar dibandingkan dengan foton yang tidak terkait, sebuah tanda khas dari koneksi kuantum mereka.
Hasil yang Luar Biasa
Pengaturan ini memungkinkan tim untuk mengukur rotasi Bumi dengan sensitivitas lima mikroradian per detik, pengukuran optik kuantum paling presisi hingga saat ini. Untuk mencapai ini, mereka menggunakan sepasang foton yang dihasilkan melalui proses yang disebut spontaneous parametric down-conversion. Pasangan foton ini kemudian dikirim ke interferometer Sagnac yang dibangun dari serat optik sepanjang dua kilometer, dengan masing-masing foton dari setiap pasangan bergerak dalam arah berlawanan.
Inovasi utama adalah penambahan sakelar optik yang dapat mengubah area efektif interferometer menjadi nol seketika. Dengan menghidupkan dan mematikan sakelar ini, para peneliti bisa membandingkan pola interferensi dengan dan tanpa sinyal rotasi Bumi, memungkinkan mereka untuk mengisolasi efek dari sumber kebisingan lainnya.
Dengan menyesuaikan orientasi loop serat terhadap sumbu rotasi Bumi, mereka mampu memetakan ketergantungan sinusoidal dari pergeseran fase Sagnac, yang memungkinkan mereka untuk mengkalibrasi pengaturan mereka secara tepat dan mendapatkan sinyal maksimal.
Masa Depan Penelitian Quantum dan Gravitasi
Meskipun revolusioner, eksperimen ini masih menghadapi beberapa keterbatasan. Faktor utama yang membatasi sensitivitas adalah kebisingan dari getaran lingkungan dan fluktuasi suhu, yang dapat sedikit mengubah ukuran efektif loop serat. Ketika para peneliti meningkatkan skala ke interferometer yang lebih besar, efek-efek ini perlu dikontrol dengan hati-hati.
Selain itu, pengaturan saat ini hanya dapat mengukur besarnya rotasi Bumi, bukan arahnya. Eksperimen di masa depan mungkin menggunakan status kuantum yang lebih canggih untuk mendapatkan informasi arah.
Terlepas dari keterbatasan ini, pekerjaan ini memiliki implikasi mendalam. Dengan peningkatan presisi sensor kuantum, mungkin akan segera memungkinkan untuk mengamati efek-efek halus yang muncul dari interaksi antara mekanika kuantum dan gravitasi, sebuah masalah besar yang belum terpecahkan dalam fisika teoretis. (Stg)
