Helium Superfluid mengungkapkan analog yang dapat dikelola dengan efek Schwinger. Ini memperdalam pemahaman tentang vortisitas kuantum dan tunneling.
Pada tahun 1951, fisikawan Julian Schwinger mengusulkan agar menerapkan medan listrik yang konstan ke ruang hampa dapat menyebabkan pasangan elektron muncul secara spontan, suatu proses yang dikenal sebagai tunneling kuantum.
Mengapa ini tidak menjadi masalah dengan tidak ada gagasan Power Star Trek Replicator atau Transporter? Medan listrik yang dibutuhkan akan sangat besar, jauh di luar jangkauan setiap percobaan laboratorium langsung.
Karena keterbatasan ini, fenomena, yang dikenal sebagai efek Schwinger, belum pernah diamati secara langsung.
Helium superfluida sebagai analog eksperimental
Fisikawan di University of British Columbia (UBC) kini telah menggambarkan efek dari sistem terkait yang lebih mudah dipelajari. Dalam pendekatan mereka, lapisan tipis helium superfluida menggantikan ruang hampa, sedangkan pergerakan aliran superfluida mengambil peran yang sangat besar dari medan listrik.
“Helium-4 Superfluid adalah keajaiban. Dalam beberapa lapisan atom tebal, itu dapat didinginkan dengan sangat mudah sampai suhunya pada dasarnya dalam ruang hampa tanpa gesekan,” jelas Dr. Philip, seorang ahli teori di UBC yang bekerja pada bahan tebal dan gravitasi kuantum, yang temuan barunya muncul di Oro PNA pada 1 September 2025.
“Ketika kita membuat aliran vakum tanpa gesekan, bukan pasangan elektron-positron muncul, pasangan vortex/anti-vortex akan muncul secara spontan, berputar ke arah yang berlawanan satu sama lain.”
Peta teori dan eksperimen
Dalam makalah ini, stempel dan kolega Dr. UBC Michael Desrochers menggambarkan teori dan matematika di baliknya – membuat pendekatan terperinci untuk melakukan eksperimen langsung.
Tunneling vakum adalah proses yang menarik dalam mekanika kuantum dan teori medan kuantum. Dalam teori kuantum, vakum tidak kosong, mereka diisi dengan bidang yang berfluktuasi yang dapat menyebabkan penampilan sementara dan hilangnya partikel virtual.
“Kami percaya film Helium-4 memberikan analog yang baik untuk beberapa fenomena kosmik,” tambah Dr. Stamp. “Kekosongan dalam ruang yang dalam, lubang hitam kuantum, bahkan awal alam semesta itu sendiri. Dan ini adalah fenomena yang tidak dapat kita dekati dengan eksperimental langsung.”
Di luar analog dan ke dalam fisika superfluida
Namun, Dr. Stamp menekankan bahwa minat nyata pada pekerjaan ini mungkin kurang terletak pada analog-yang selalu memiliki keterbatasan dan lebih banyak tentang cara mengubah pemahaman kita tentang superfluida, dan transisi fase dalam sistem dua dimensi.
“Ini adalah sistem fisik nyata dalam hak mereka sendiri, bukan analog. Dan kita dapat melakukan eksperimen tentang ini.”
Pada tingkat matematika, para peneliti membutuhkan beberapa terobosan untuk membuat teori ini berhasil. Sebagai contoh, peneliti sebelumnya yang melihat vortisitas di superfluida telah memperlakukan massa pusaran sebagai konstanta yang tidak berubah. Stamp dan Desrochers menunjukkan bahwa massa ini akan bervariasi secara dramatis ketika vortisitas bergerak, pada dasarnya mengubah pemahaman kita tentang vortisitas dalam cairan dan alam semesta awal.
“Sangat menyenangkan untuk memahami bagaimana dan mengapa massa bervariasi, dan bagaimana hal ini memengaruhi pemahaman kita tentang proses tunneling kuantum, yang ada dalam fisika, kimia, dan biologi,” kata Desrochers.
Stamp juga berpendapat bahwa variabilitas massa yang sama akan terjadi dengan pasangan elektron-positron dalam efek Schwinger, sehingga memodifikasi teori Schwinger, dalam semacam 'balas dendam analog'.
Referensi: “Vortisitas vakum tunneling dalam dua dimensi 4HE Superfluid Films “Oleh MJ Desrochers, DJJ Marchand dan PCE Stamp, 2 September 2025, Prosiding Akademi Sains Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2421273122
Pekerjaan ini didukung oleh Dewan Penelitian Sains dan Teknik Nasional.
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
