Untuk Pemahaman yang Lebih Baik tentang Lubang Hitam

Serupa: Gerakan elektron di dalam semimetal sangat mirip dengan perilaku materi di horizon peristiwa lubang hitam.
Gambar Representatif

Persamaan yang menggambarkan alam semesta pada skala terkecil dan terbesar, seperti bagaimana partikel-partikel terkecil bergerak menurut kecepatan dan ritme tertentu, ternyata memprediksi sedikit ketidakcocokan, yaitu ketidakseimbangan kecil dalam jumlah partikel tertentu dan dalam keadaan tertentu. Tapi, para ilmuwan belum terlalu serius mengamati fenomena yang disebut anomali sumbu gravitasi campuran, apalagi mengkonformasi prediksi ketidakcocokan tersebut. Ketidakseimbangan bisa diabaikan kecuali saat terjadi pembelokan ruang dan waktu yang sangat ekstrem, seperti yang terjadi di dekat lubang hitam.

Ternyata ada sebuah tempat lain untuk diteliti dan jaraknya sangat dekat. Tim ilmuwan internasional dari berbagai negara menemukan anomali ini di atas sebuah meja peralatan di Zurich, Swiss, saat meneliti sifat pita logam kecil. "Tidak ada cara untuk menguji efek ini sampai sekarang," kata penulis utama makalah studi Johannes Gooth dari IBM Research di Zurich yang telah dipublikasikan di journal Nature.

Percobaan yang dilakukan IBM tidak melibatkan lubang hitam, atau bahkan gravitasi. Sebagai gantinya, tim mengambil keuntungan dari kelas material eksotis yang disebut "Weyl semimetal" yang diambil dari nama seorang ilmuwan Jerman, Hermann Weyl, penggagas persamaan kemungkinan terciptanya material semacam itu. Kristal semimetal padat Weyl pertama kali dibuat beberapa tahun yang lalu, sehingga memungkinkan studi IBM. Gerakan elektron di dalam pita semimetal diatur oleh persamaan pembelokan ruang dan waktu serupa dengan anomali sumbu gravitasi campuran. Studi dapat mengarah pada kemajuan yang bisa diterapkan ke penggunaan alat-alat elektronik, mirip penemuan transistor yang merupakan cikal bakal chip komputer.

Anomali gravitasi muncul dari persamaan yang menggambarkan bagaimana partikel pion yang merambat hampir secepat cahaya, luruh menjadi graviton, partikel fundamental yang membawa gaya gravitasi. Biasanya, hukum fisika melarang peluruhan pion dengan cara ini. Tapi, di bawah teori relativitas umum Einstein, kelengkungan ruang dan waktu memberikan keseimbangan agar peluruhan dapat terjadi. Sebuah pion terdiri dari dua bagian yang lebih kecil: quark dan antiquark.

Banyak partikel dasar, termasuk quark dan antiquark, dapat dianggap sebagai anak panah yang berputar saat terbang melintasi ruang. Mereka berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Pada peluruhan pion, biasanya jumlah partikel searah jarum jam akan sama persis dengan jumlah partikel berlawanan arah jarum jam. Tapi, anomali yang dihasilkan dari pembelokan ruang dan waktu dapat memutar putaran searah jarum jam ke arah yang berlawanan jarum jam, atau sebaliknya, dengan lebih banyak partikel berputar dalam satu arah daripada yang lain. Anomali inilah yang kemudian mengabaikan larangan hukum fisika, membiarkan peluruhan pion menjadi graviton terjadi. Tapi saat ini eksperimennya tidak mungkin dilakukan. Sebab para ilmuwan belum menemukan satupun graviton. "Kami tidak akan pernah bisa mendeteksinya," kata rekan penulis makalah studi Karl Landsteiner dari Institute for Teoretical Physics in Spain.

Persamaan serupa dianggap menarik oleh para ilmuwan yang menekuni fisika material wujud padat dan sifat elektronik material. Dalam studi, sistem semimetal Weyl dieksplorasi dalam sebuah eksperimen, perbedaan suhu dianalogikan dengan pembelokan ruang dan waktu, dan medan magnet memisahkan elektron ke putaran yang berlawanan. "Tiba-tiba semua konsep ini digunakan dalam eksperimen di atas meja," kata Johannes.

Karl mengatakan pergerakan elektron dalam semimetal sangat mirip dengan perilaku materi di horizon peristiwa lubang hitam, wilayah batas tak bisa kembali di sekitar lubang hitam, bahkan cahaya sekalipun tidak akan dapat meloloskan diri dari cengkraman gaya gravitasi masif. Anomali menyebabkan lebih banyak elektron dari satu putaran bergerak dari sisi panas ke sisi dingin di pita semimetal dan menghasilkan arus listrik seperti yang diukur dalam eksperimen.

"Melihat analogi ini berhasil cukup melegakan," kata fisikawan teoritis Subir Sachdev dari Universitas Harvard yang tidak terlibat studi. Hasil eksperimen semimetal pada gilirannya akan memperbaiki pemahaman tentang lubang hitam, kata Karl.

Sumber: For a better understanding of black holes

#terimakasihgoogle