Para ilmuwan menemukan solusi untuk "osilator harmonik kuantum teredam", yang menjanjikan perangkat pengukur terkecil di dunia.
Sebuah tim peneliti Universitas Vermont (UVM) telah memecahkan teka-teki berusia 90 tahun, menciptakan versi kuantum dari osilator harmonik teredam. Dengan merumuskan kembali model klasik Lamb, mereka menunjukkan bagaimana getaran atom dapat dijelaskan sepenuhnya sambil mempertahankan ketidakpastian kuantum. Penemuan ini dapat mendorong terciptanya perangkat presisi generasi mendatang.
Senar gitar yang dipetik dapat bergetar selama beberapa detik sebelum akhirnya diam. Ayunan di taman bermain, yang kosong dari penumpangnya, akan perlahan-lahan berhenti. Inilah yang disebut fisikawan sebagai "osilator harmonik teredam" dan dipahami dengan baik berdasarkan hukum gerak Newton.
Namun, di dunia atom yang sangat kecil, segala sesuatunya terasa aneh---dan beroperasi di bawah hukum fisika kuantum yang ganjil. Profesor Dennis Clougherty dari University of Vermont dan mahasiswanya, Nam Dinh, bertanya-tanya apakah ada sistem di dunia atom yang berperilaku seperti gerakan getar senar gitar di dunia Newton. "Jika demikian, dapatkah kita membangun teori kuantum osilator harmonik teredam?" tanya Clougherty.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada tanggal 7 Juli 2025 di jurnal Physical Review Research, dia dan Dinh melakukan hal itu: menemukan solusi yang tepat untuk model yang berperilaku sebagai "osilator harmonik kuantum teredam," tulis mereka -- jenis gerakan senar gitar pada skala atom.
Ternyata selama kurang lebih 90 tahun, para ahli teori telah mencoba mendeskripsikan sistem harmonik teredam ini menggunakan fisika kuantum, tetapi dengan keberhasilan yang terbatas. "Kesulitannya terletak pada pelestarian prinsip ketidakpastian Heisenberg, sebuah prinsip dasar fisika kuantum," kata Clougherty, seorang profesor fisika di UVM sejak 1992. Tidak seperti dunia skala manusia, misalnya, bola yang memantul atau roket yang melengkung, prinsip ketidakpastian Heisenberg yang terkenal menunjukkan bahwa ada batas fundamental terhadap presisi yang dengannya posisi dan momentum sebuah partikel dapat diketahui secara bersamaan. Pada skala atom, semakin akurat satu sifat diukur, semakin kurang akurat sifat lainnya dapat diketahui.
Lamb Chopped
Model yang dipelajari oleh fisikawan UVM awalnya dibangun oleh fisikawan Inggris Horace Lamb pada tahun 1900, sebelum Werner Heisenberg lahir, dan jauh sebelum perkembangan fisika kuantum. Lamb tertarik untuk menjelaskan bagaimana partikel yang bergetar dalam zat padat dapat kehilangan energinya. Dengan menggunakan hukum gerak Newton, Lamb menunjukkan bahwa gelombang elastis yang dihasilkan oleh gerakan partikel tersebut memberikan umpan balik kepada partikel itu sendiri dan menyebabkannya meredam -- yaitu, bergetar dengan energi yang semakin berkurang seiring waktu.
"Dalam fisika klasik, diketahui bahwa ketika benda bergetar atau berosilasi, mereka kehilangan energi akibat gesekan, hambatan udara, dan sebagainya," kata Dinh. "Namun, hal ini tidak begitu jelas dalam rezim kuantum."
