Pertama Kali, Temuan Medan Magnet Monopole (Satu Kutub) Sintetik Dirac

2014

Pertama kali dalam sejarah fisika, setelah hampir 85 tahun akhirnya ilmuwan berhasil membuat medan magnet monopole sintetik (Dirac) menggunakan rakyasa lingkungan, meniru medan magnet dalam sebuah peralatan atom ribidium. Jika digunakan pada baterai mobil listrik, energi ledakan yang dihasilkan mencapai satu kilogram dinamit. Penelitian ini berdasarkan teori kontroversional yang diungkap Profesor Paul Dirac pada tahun 1931, dia meramalkan bahwa magnet kutub utara dan selatan bisa saja tercipta secara independen dan berperilaku seperti muatan listrik.

Pada umumnya kutub magnet selalu berpasangan (Utara dan Selatan), tetapi kali ini ilmuwan bisa menciptakan medan magnet Monopole (satu kutub) sintetik. Meskipun teori Dirac mengeksplorasi sifat monopole dalam konteks mekanika kuantum, segala sesuatu yang ada di bumi maupun di bulan tidak menunjukkan tanda-tanda adanya magnet monopole yang terjadi secara alami.

Medan Magnet Monopole Hasilkan Energi Lebih Besar

Persamaan Dirac merupakan persamaan gelombang relativistik, dalam bentuk bebas atau interaksi elektromagnetik digambarkan partikel spin seperti elektron dan Quark yang konsisten dengan prinsip mekanika kuantum dan teori relativitas khusus. Persamaan ini mengisyaratkan bentuk baru materi, antimateri, dimana pada saat ini semua materi tidak terduga dan tidak teramati, sehingga mendahului temuan eksperimental.

Profesor Paul Dirac pernah mengungkapkan hipotesis yang dikenal dengan teori Hole (lubang). Menurutnya, 'vacuum' merupakan suatu keadaan yang memiliki banyak kuantum dalam satu tubuh dimana semua energi elektron negatif berada disana. Situasi ini juga disebut lautan Dirac, tetapi prinsip ekslusi Pauli melarang elektron berada ditempat yang sama, setiap elektron tambahan akan dipaksa menempati ruang energi positif.

Adakah cara lain untuk menemukan medan magnet monopole? Sampai saat ini ternyata bukan magnet monopole alami yang diamati, awalnya dianggap menjadi masalah karena model teoritis periode pasca Big Bang memprediksi medan magnet monopole mudah ditemukan (tanpa planet dan kutub utara-selatan). Tetapi model khusus yang dikembangkan dapat menjelaskan kelangkaan partikel magnet monople di alam semesta.

Atas dasar teoritis ilmuwan terdahulu termasuk Prof Dirac, Carl Anderson, Hermann Weyl, Pauli, dan Einstein, ilmuwan fisika saat ini berusaha untuk menciptakan proses kuantum yang sempurna. Salah satu kunci kesempurnaan melewati lorong ruang waktu dengan adanya medan magnet monopole sintetik dirac. Sama halnya dengan fenomena aneh di Bumi, dimana ada suatu wilayah yang memiliki gravitasi uneh menyebabkan kompas tak terarah. Sesuai dengan ungkapan Prof Dirac bahwa magnet kutub utara dan selatan bisa saja tercipta secara independen dan berperilaku seperti muatan listrik.

Sebelumnya pada tahun 2009, ilmuwan Finlandia menyatakan teori untuk memproduksi Dirac Monopole dalam kondensat Bose yang dinyatakan Einstein. Teori ini menjelaskan adanya puluhan gas atom yang sangat dingin dan bersuhu miliaran derajat lebih panas. Ide ini digunakan dalam medan magnet eksternal untuk memutar spin atom, maka sebuah materi akan membentuk Dirac Monopole dalam kondensat akibat dari rotasi spin atom.

Selanjutnya, Profesor David Hall dari Amherst College menggunakan metode ini untuk menciptakan magnet sitetis monopole . Melalui berbagai rintangan teknis, mereka mengabadikan foto-foto yang dikonfirmasi sebagai Monopole yang berada pada ujung pusaran kuantum kecil dalam laboratorium gas yang dingin. Secara eksperimental, struktur Dirac Monopole memang ada di alam semesta, bahkan medan magnet monopole masih bisa dicari dan didapatkan. 

Penciptaan medan listrik dan medan magnet monopole sintetis dirac merupakan cabang baru dan berkembang pesat dalam dunia fisika, tentunya akan mengarah pada pengembangan dan pemahaman bahan yang sama sekali masih baru, seperti superkonduktor bersuhu tinggi untuk transmisi listrik rendah.

Disisi lain, temuan Profesor Hall justru memberikan dasar yang lebih kuat dalam pencarian magnte sintetik dalam laboratorium atom raksasa, Large Hadron Colider CERN. Seperti yang diketahui, LHC CERN berpotensi menciptakan fenomena fisika yang tidak mungkin dilakukan pada laboratorium biasa, tetapi resiko yang akan dihadapi Eropa sangat besar. Penemuan ini membuka jalan lebih mendalam untuk meneliti sifat kuantum, kemungkinan ilmuwan akan menggunakan medan magnet monopole sintetik dimasa depan.

Sebenarnya, kandungan energi pada medan magnet monopole sangat besar jika digunakan untuk mengisi ulang baterai mobil listrik. Jika massa magnet monopole sangat besar, energi yang terlepas dari tabrakan monople negatif dan muatan positif lain akan menghasilkan ledakan sebesar satu kilogram dinamit.

Menurut mekanika kuantum, elektron digambarkan sebagai gelombang yang mirip dengan objek meyebar daripada titik partikel. Profesor Dirac memahami pentingnya mempelajari titik akhir pusaran kuantum mekanik dalam gelombang elektron tersebut. Ketika elektron berada pada pusaran akhir, maka medan magnet monopole akan segera ditemukan.