How Light Can be Stop?

Cahaya, yang biasanya menempuh jarak 240.000 mil dari bulan ke bumi kurang dari 2 detik, telah dapat diperlambat menyamai sebuah minivan yang melaju di tengah keramaian lalu lintas jam sibuk - 38 mil per jam.
Ada dua team fisikawan yang melakukan penemuan ini. Satu team dipimpin oleh Lene Vestergrad Hau dari Universitas Harvard dan Institut Sains Rowland di Mass Cambridge. Satu team lagi dipimpin oleh Ronald L. Walswroth dan Mikail D. Lukin dari pusat Astrofisika Harvard - Smithsonia di Cambridge.
Sebenarnya, kita dapat menjumpai peristiwa perlambatan ini, ketika cahaya melewati beberapa medium. Air, gelas, dan kristal akan menyebabkan cahaya mengalami pembiasan, yang tidak lain adalah “ perlambatan ”. Peristiwa inilah yang menyebabkan bekerjanya lensa yang biasa kita gunakan.

Dengan menggunakan prinsip pembiasan inilah, team Walsworth-Lukin menghentikan cahaya dalam tabung gas. Dalam medium ini cahaya pertama yang ditembakkan akan meredup, melambat kemudian berhenti. Kilatan cahaya kedua ditembakkan melewati gas dan membangkitkan kembali cahaya pertama. Cahaya kemudian meninggalkan tabung dengan sifat yang hampir sama ketika memasukinya.
Materi baru, yang diteliti 4 tahun lalu, memungkinkan hal tersebut terjadi. Dalam materi ini, ketika susunan atom-atom menjadi sedemikan dekat antara satu dengan yang lain pada temperatur yang sangat rendah dan hampa udara, maka atom-atom tersebut akan kehilangan sifatnya sebagai individual partikel dan berkelakuan seperti atom tunggal super dengan karakteristik yang hampir mirip dengan laser.
Medium istimewa seperti itu dapat direkayasa untuk memperlambat cahaya dari kecepatan 186,282 mil per detik menjadi sekitar 38 mil per jam.
“Dalam sruktur bahan ajaib tersebut, cahaya menempati dimensi yang lebih manusiawi. Anda hampir - hampir dapat memegangnya ,” kata Lene Hau.
Di masa yang akan datang, cahaya yang diperlambat dapat dipergunakan untuk berbagai kebutuhan, termasuk untuk pengiriman data, suara, dan gambar dengan membutuhkan sedikit media dan sedikit energi . Hasil penelitian tersebut juga dapat digunakan untuk membuat jenis baru dari sistem proyeksi laser dan kamera visi malam dengan hanya membutuhkan energi satu juta kali lebih kecil daripada yang pernah digunakan sekarang.
Akan tetapi hal itu bukanlah alasan mengapa Hau melakukan penelitian tersebut. “Kami melakukannya karena kami penasaran dengan struktur baru material ini”,katanya .”Kami ingin memahaminya, untuk menemukan segala sesuatu yang dapat dilakukan dengan bahan tersebut.”
Hau dan beberapa peneliti menghabiskan beberapa tahun untuk membuat tabung yang dapat memuat material baru ini. Mereka, kemudian melakukan serangkaian ujicoba selama 27 jam untuk mendapatkan semua hal yang mendukung percobaan ini.
“ Banyak hal yang harus disesuaikan dengan kebutuhan percobaan ini, dan kadangkala terasa sulit” komentar Hau. “Namun ternyata hasil yang kami dapatkan melampaui apa yang kami harapkan. Sangat menakjubkan melihat berkas cahaya hampir benar - benar berhenti”.
Ide pembuatan materi baru ini pertama kali diusulkan tahun 1924 oleh Albert Einstein dan Satyendra Nath Bose, seorang fisikawan berdarah India. Menurut teori mereka, atom-atom pada suhu yang sangat rendah akan saling berhimpitan dan menyatu satu sama lain membentuk apa yang disebut Hau sebagai “bola tunggal zat padat” yang dapat menghasilkan gelombang yang berkelakuan seperti gelombang radio.
Dalam fisika statistik, kita jumpai sistem distribusi Bose-Einstein. Pada kondisi bagaimana distribusi ini berlaku? Distribusi Bose-Einstein berlaku bila atom - atom berada pada state dasar. Untuk membuat kondisi ini, Bose dan Einstein mengusulkan kondisi yang dinamakan BEC ( Bose Einstein Condensation). Pada kondisi ini, atom - atom dibuat pada suhu sangat rendah sehingga saling berhimpitan. Pada kondisi BEC, elektron terluar atom berada pada state dasar sehingga cahaya tidak akan memancarkan foton akibat deeksitasi elektron.
Hal ini belum benar -benar dapat dibuat sampai tahun 1995, karena teknologi yang tepat untuk dipergunakan belum ada. Ruang hampa yang jauh lebih rendah dari tekanan udara di permukaan bumi, dan suhu yang melebihi dinginnya ruang antar bintang dibutuhkan untuk membuat kondensasi tersebut. Suhu yang digunakan harus mendekati nol derajat suhu mutlak ( - 459.7 F), dimana atom-atom memiliki energi terendah.
Hau dan timnya memulai dengan seberkas atom sodium yang diinjeksikan ke dalam tabung vakum dan bergerak dengan kecepatan lebih dari 1000 mil per jam. Atom panas ini memancarkan sinar oranye seperti lampu jalan raya.
Berkas laser --yang berjalan dengan kecepatan cahaya normal-- ini kemudian bertumbukan dengan atom .Ketika atom - atom menyerap partikel cahaya (foton) , cahaya akan melambat. Sementara itu, cahaya laser mengubah pergerakan random atom - atom ini menuju satu arah.
Saat atom - atom ini mengalami perlambatan mendekati 100 mil per jam atau lebih kecil lagi, ilmuwan memindahkan atom ke dalam sesuatu yang mereka namakan “ optical molasses- gula optik” , sebuah jaringan dari beberapa berkas laser. Ketika atom bertumbukan dengan sebuah foton, ia akan mengalami gaya tolak ke arah datangnya. Bila hal ini terus terjadi, maka atom ini lambat laun akan melambat.
Atom - atom ini kemudian terkumpul dalam gumpalan tebal berbentuk cerutu yang mengambang di atas dinding tabung akibat pengaruh sebuah medan magnet yang sangat kuat.
Pada tahap akhir, yang disebut “ evaporative cooling- pendinginan uap ” , atom - atom yang masih terlalu panas dan giat ini dilemparkan keluar oleh gaya magnet.
Sebuah laser kemudian ditembakkan melewati sisi lebar awan kondensasi. Laser ini mengontrol kecepatan pulsa laser kedua yang ditembakkan melalui sisi panjang awan. Laser pertama membentuk “ interferensi kuantum ”, yang menyebabkan berkas cahaya yang bergerak dari laser kedua berinterferensi.
Ketika segala sesuatu berjalan sebagaimana mestinya, cahaya dapat diperlambat dengan faktor perlambatan sampai 20 juta.
Perlambatan cahaya dengan cara ini tidak bertentangan dengan hukum fisika apapun. Teori relativitas Einstein mendefinisikan batas maksimal kecepatan cahaya, bukan minimalnya.
“Bagaimanapun juga, perlambatan cahaya ini telah membantu pemahaman kita terhadap anehnya keadaan materi pada kondisi kondensasi Bose- Einstein ” ujar Hau.
Hasil eksperimen ini dapat diaplikasikan dalam komputer kuantum dan sistem komunikasi kuantum. Kedua konsep ini bepijak pada kemampuan cahaya untuk membawa informasi kuantum ( sebuah partikel yang dapat bertempat di banyak tempat atau kondisi pada suatu waktu).
Komputer kuantum -yang sekarang baru ada dalam teori- dapat melakukan operasi yang jauh lebih cepat daripada mesin yang pernah dibuat sekarang.
Dan sebuah sistem yang dapat berubah kecepatan cahaya dengan faktor pembagi 20 juta ini dapat digunakan untuk mengembangkan sarana komunikasi. Sistem ini dapat digunakan untuk mereduksi nois, yang akan membuat semua informasi dapat ditransmisikan dengan lebih efisien. Juga, pengontrol optis yang dioperasikan dengan cahaya dengan intensitas rendah dapat memangkas kebutuhan energi berjuta kali lipat dari apa yang bisa kita buat sekarang.
Tapi, bagaimana dengan biaya yang besar dan peralatan mahal yang dibutuhkan untuk pengembangan teknologi ini? “ Teknologi yang pernah dihasilkan di masa lalu selalu mahal dan tidak praktis ketika ditemukan, namun seiring perjalanan waktu, teknologi ini kemudian menjadi lebih murah dan dapat diatur untuk berbagai keperluan manusia” ujar Hau. Dia yakin bahwa cahaya lambat dapat membawa kita kepada “ kemajuan yang berarti dalam bidang komunikasi 10 tahun lagi , bila kita mau bekerja keras mulai sekarang”.
Apa yang akan dia lakukan kemudian? Hau menyapukan tangannya ke sebuah ruangan penuh peralatan canggih sambil menjelaskan bahwa segala sesuatu telah dipersiapkan untuk memperlambat cahaya sampai kecepatan satu sentimeter per detik . Bisakah? Kita tunggu saja .