“Pekerjaan kami telah menunjukkan pembuktian eksperimental pertama graviton dalam benda terkondensasi sejak partikel yang sulit dipahami ini dikonsep pada tahun 1930an,” kata penulis utama studi tersebut Du Lingjie dari Universitas Nanjing kepada kantor berita Xinhua pada hari Kamis.

“Graviton adalah jembatan yang menghubungkan mekanika kuantum dan teori relativitas umum. Jika terkonfirmasi, maka akan berdampak besar pada penelitian fisika modern,” ujarnya.

Penelitian ini sangat kolaboratif, menurut makalah tersebut. Para peneliti di Universitas Princeton menyiapkan sampel semikonduktor berkualitas tinggi, sementara percobaan dilakukan di fasilitas unik yang pembangunannya memakan waktu tiga tahun bagi Du dan timnya.

Dalam teori relativitas umum Albert Einstein, ia menggambarkan gravitasi sebagai distorsi ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

Teori seperti itu, yang menjelaskan gravitasi dengan indah dalam skala besar, menimbulkan tantangan dalam mekanika kuantum, yang mengatur alam semesta pada skala terkecil.

Akibatnya, graviton diusulkan sebagai partikel yang didedikasikan untuk membawa gravitasi. Jika memang ada, graviton seharusnya tidak bermassa dan bergerak dengan kecepatan cahaya – hanya saja, sejauh ini, graviton belum pernah teramati di luar angkasa.

Bagaimana mainan yang membingungkan Einstein menginspirasi pencarian energi bersih di Tiongkok

Ketika Du menjadi peneliti pascadoktoral di Universitas Columbia pada tahun 2019, timnya menemukan fenomena eksitasi khusus dalam material kuantum yang membuat fisikawan teoretis berpikir bahwa fenomena tersebut dapat mengarah pada deteksi graviton.

Namun, persyaratan untuk melakukan eksperimen semacam itu tinggi. Sistem ini perlu ditempatkan di lemari es yang kuat dengan suhu mendekati nol mutlak, dan terkena medan magnet 100.000 kali lebih kuat dari medan magnet rata-rata bumi.

Beberapa persyaratan bahkan mungkin tampak bertentangan. “Misalnya, kita harus memasang jendela pada lemari es untuk melakukan pengukuran optik, namun jendela dapat menyebabkan suhu sistem (mudah naik),” kata rekan penulis makalah Liang Jiehui, dari Universitas Nanjing, kepada Xinhua.

Mudah-mudahan, hal ini akan menghasilkan lebih banyak penemuan mutakhir di bidang kuantum

Du berbicara kepada Xinhua tentang bekerja di fasilitas yang dikembangkan sendiri oleh tim. “Bekerja pada suhu minus 273,1 derajat Celcius, ‘mikroskop’ khusus seperti ini dapat menangkap eksitasi partikel sekecil 10 gigahertz dan menentukan putarannya,” ujarnya.

Para peneliti menggunakan lembaran datar semikonduktor galium arsenida, yang ketika terkena suhu rendah dan medan magnet menunjukkan fenomena yang disebut efek kuantum Hall.

Elektron dalam semikonduktor mulai berinteraksi satu sama lain dan bergerak dengan cara yang sangat terorganisir, seperti cairan.

Peneliti Tiongkok berharap bisa menciptakan ‘ilmuwan AI sejati’

Tim kemudian menyorotkan laser yang telah disetel ke material tersebut untuk mempelajari potensi eksitasi elektron. Mereka menemukan bahwa elektron melakukan apa yang disebut putaran kuantum tipe-2, yang hanya terjadi pada graviton.

Mereka kemudian mengukur momentum dan energi elektron, dan mengkonfirmasi bukti bahwa elektron berperilaku seperti graviton.

“Kami membutuhkan waktu tiga tahun untuk membuat perangkat eksperimental. Itu sangat menantang dan kami berhasil,” kata Du.

“Kami berharap dapat menggunakannya untuk melanjutkan perburuan graviton. Mudah-mudahan, hal ini akan menghasilkan lebih banyak penemuan mutakhir di batas kuantum,” kata Du.