Batu adalah
sebuah jam : tentang fisikawan yang menjelaskan waktu dari materi
Pertanyaan yang membuat muller berada pada posisi cara baru mengukur waktu.
Mengambil asumsi dari kenyataan bahwa dialam, materi bisa berbentuk partikel
dan gelombang, dia berhasil mengamati cara untuk mengukur waktu dengan
menghitung osilasi gelombang waktu. Frekuensi gelombang sebuah materi 10 miliar
kali lebih tinggi dari cahaya tampak
“Batu adalah JAM !!” Seru Muller
Di makalah yang ditulisnya pada januari 2011, Muller dan teman dari UC
Berkeley menjelaskan bagaimana menyatakan atom dari gelombang materi atom
cessium. Dia merujuk pada metode jam compton
karena teori dasar yang digunakan adalah teori compton mengenai sifat
gelombang materi.
“ketika aku masih sangat muda, dan membaca buku sains, aku selalu heran
mengapa penjelasan mengenai waktu sangat sedikit sekali” kata Muller, yang
merupakan ilmuan tamu di Universitas Lawrence Berkeley National Laboratory.
“sejak saat itu, aku terkadang bertanya pada diriku sendiri, “apa yang lebih
sederhana daripada mengukur waktu, cara sederhana yang bisa dirasakan tentang
berlalunya waktu?” sekarang kita memiliki batas, satu partikel masif sudah
cukup untuk mengukur waktu”
Ketika Müller's Compton clock masih 100 juta kali kurang akurat daripada
jam atom, peningkatan teknik bisa meningkatkan presisi setara jam atom,
termasuk menggunakan jam cessium yang digunakan untuk mengukur detik.
“Ini adalah eksperimen yang indah dan berdisain cerdas, tetapi akan menjadi
kontroversi” ucap John Close, fisikawan kuantum di The Australian National
University in Canberra.”Pertanyanya adalah “apakah frekuensi compton dari
sebuah atom termasuk jam atau bukan?” pandangan Holger Muller sekarang telah
terbentuk, ini termasuk jam. Aku juga membuat satu dan, it works”
Müller membuka debat, karena eksperimennya bersinggungan dengan konsep
dasar mekanika kuantum (Dualisme materi) membingungkan selama 90 tahun.
“kita berbicara tentang pemikiran fundamental,” ucap Close, “Diskusi akan
dibuat lebih dalam tentang pemahaman fisika kuantum”
Müller juga mengarahkan teknik menggunakan waktu untuk mengukur massa.
Referensi massa saat ini adalah sebuah kumpulan partikel materi yang
didefinisikan sebagai Kilogram dan tetap terkunci sedangkan kuncinya ada di
planet Mars, sehingga membuat seluruh dunia penasaran. Menggunakan teknik
gelombang materi Muller menghasilkan cara baru bagi peneliti untuk membangun
referensi kilogramnya.
Ide gila De Broglie
Ide yang menyebutkan kalau materi bisa berperilaku sebagai gelombang
merupakan tesis dari louis de broglie, yang mendasarkan teori einstein kalau
Energi ekuivalen dengan massa (E = mc2 ) dan mengkombinasikan dengan
pemikiran planck kalau tiap energi sebanding dengan frekuensinya. Pemikiran de
Broglie tersebut membuatnya meraih Nobel fisika di tahun 1929.
Bagaimanapun, menggunakan materi sebagai jam atau penunjuk waktu,
kelihatannya tidak mungkin karena frekuensi gelombang hampir tidak bisa
diamati. Dan bahkan jika bisa terlihat, osilasinya terlampau besar untuk diukur
Müller, berhasil menemukan cara dua tahun lalu untuk menggunakan gelombang
dalam materi untuk memastikan postulat Einstein. Dia membangun interferometer
atom yang memperlakukan atom sebagai gelombang dan mengukur interferensinya.
“saat itu, aku berfikir ini benar – benar spesial kalau digunakan sebagai
jam” kata muller. Ketika kalian menggunakan jam kakek anda, ada pendulum dan
sebuah jarum jam yang menghitung osilasi pendulum. Jadi yang kau butuhkan
adalah alat yang menympang dang sebuah jarum jam untuk membuat jam. Hampir
tidak mungkin untuk membuat jam dari gelombang materi karena frekuensi osilasi
mencapai 10 milyar kali lebih besar dari cahaya tampak.”
Suatu pagi di tahun lalu, dia menyadari kalau mungkin saja dia
mengkombinasikan dua teknik yang sudah dikenal yaitu teknik membuat jarum jam
dan secara langsung mendemonstasikan frekuensi compton dari partikel tunggal,
yang ternyata berguna sebagai acuan jam. Dalam relativitas, waktu melambat
untuk benda bergerak, sehingga muncul paradox kembar tentang 2 anak kembar yang
mana salah satunya sedang ke luar angkasa dengan kelajuan mendekati c, dan
mengakibatkan dia menjadi awet muda.
Sama dengan paradox kembar, atom cessium yang bergerak akan mengalami
perlambatan waktu. Hasilnya, cesium yang bergerak menghasilkan osilasi berkali
– kali lebih kecil. Beda frekuensi yang berkurang 100.000 osilasi yang lebih
kecil dari miliaran miliaran miliaran kali osilasi ( 3 x 1025 untuk
atom cesium) mungkin di ukur.
Di lab, Muller menunjukkan kalau dia bisa mengukur perbedaan ini dengan
mengizinkangelombang materi dari cesium bergerak dan diam saling
berinterferensi dalam interferometer atom. Gerak di dalam interferometer
dihasilkan dari tumbukan foton dari sebuah laser terhadap cesium atom. Menggunakan
sebuah sikat frekuensi optik, dia menyinkronkan sinar laser dalam
interferometer dengan beda frekuensi antara gelombang materi sehingga semua
frekuensi berdasarkan dari sifat materi gelombang itu sendiri.
Compton clocks and Avogadro spheres
Usulan Müller untuk membuat standar massa yang didasarkan pada waktu
memberikan cara baru untuk mewujudkan rencana Konferensi Umum internasional
tentang Berat dan Ukuran untuk menggantikan kilogram standar dengan ukuran yang
lebih mendasar. Ini akan melibatkan kristal silikon sangat murni, dijuluki
sebuah lingkup Avogadro, yang diproduksi sehingga jumlah atom di diketahui dalam
akurasi tinggi.
Dan bagaimana dengan pertanyaan, Apakah waktu itu? Müller mengatakan bahwa
"Saya tidak berpikir siapa pun akan memiliki jawaban akhir, tetapi kita
tahu lebih banyak tentang sifat Waktu secara fisik segera setelah ada satu
partikel masif,. Pastinya sesuatu yang
tidak memerlukan lebih dari satu partikel besar untuk keberadaannya. Dan kita
tahu bahwa partikel tak bermassa, seperti foton, ini tidak memadai. "
Müller berharap untuk mendorong caranya untuk partikel yang lebih
kecil, seperti elektron atau bahkan positron, dalam kasus yang terakhir
menciptakan jam antimateri. Dia berharap bahwa suatu hari nanti dia akan bisa
membaca jam menggunakan fluktuasi kuantum dalam ruang hampa.
Müller's coauthors are post-doctoral fellows Shau-Yu Lan, Michael A.
Hohensee and Damon English; graduate students Pei-Chen Kuan and Brian Estey;
and Miller Postdoctoral fellow Justin M. Brown. All are in UC Berkeley's
Department of Physics. The work was supported by the Alfred P. Sloan
Foundation, the David and Lucile Packard Foundation, the National Institute of
Standards and Technology, the National Science Foundation and the National
Aeronautics and Space Administration.