SEKILAS TENTANG HADIAH NOBEL FISIKA 2016

Oleh: Muhammad Nur
Dosen Departemen Fisika Undip

David J. Thouless,  Duncan Haldane dan J. Michael Kosterlitz, meraih Nobel Fisika 2016: “for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter”

Komite Nobel 2016 memberikan penghargaan untuk tiga Ilmuwan, David J. Thouless (82 tahun),  Duncan Haldane (64 tahun)  dan J. Michael Kosterlitz (74 tahun). Kolaborasi yang sangat menarik untuk disimak. Sebenarnya ketiga ilmuwan ini tidak pernah meneliti “materi eksotis” seperti yang ditulis oleh KOMPAS, namun rangkaian teori yang mereka hasilkan tentang topologi transisi fase dan topologi fase-fase dari materi telah menjadi dasar perburuan materi “eksotis”.  Kalau kita simak perjalanan karya-karya mereka, Thouless sangat berperan, dan sangatlah adil panitia Nobel memberikan hadiah tersebut 50% untuknya dan masing-masing 25% untuk Haldane dan Kosterlitz.

Pada tahun 1972 J. Michael Kosterlitz dan David J. Thouless mengidentifikasi sesuatu yang betul-betul yang  baru dari  transisi fase dalam sistem dua dimensi,  di mana  cacat topologi (topological defect) memainkan peran penting. Teori mereka diterapkan untuk jenis  magnet tertentu, lapisan tipis superkonduktor dan lapisan  tipis superfluida. Mereka menunjukkan bahwa superkonduktivitas bisa terjadi pada suhu rendah dan juga menjelaskan mekanisme, transisi fase, yang membuat superkonduktivitas menghilang pada suhu yang lebih tinggi. Teori ini  juga sangat penting untuk memahami teori kuantum sistem satu dimensi pada suhu yang sangat rendah. Rupanya  karya pasangan Kosterlitz (lahir 1942)  dan Thouless (lahir 1934)  ini dihasilkan ketika Kosterlitz sedang menempati posisi postdoctoral di Universitas Birmingham dengan mitra seniornya David Thouless.

Topologi transisi fase menarik banyak para ilmuwan, peran Thouless sangat menonjol.   Pada awal 1980-an David J. Thouless dan F. Duncan M. Haldane mengembangkan metode teoritis untuk menggambarkan fase materi yang tidak dapat terdentifikasi oleh pola fase materi itu sendiri melalui cacat simetri (symmetry breaking). Pada1982, dalam publikasinya, David Thouless dan rekan-rekannya Mahito Kohmoto, Peter Nightingale, dan Marcel den Nijs, menjelaskan kuantisasi yang sangat tepat dari konduktansi Hall gas elektron dalam dua dimensi dengan  menggunakan konsep topologi.

Pada tahun 1983, Duncan Haldane mempublikasikan karyanya sendirian dalam Physical Review Letters. Karya itu terkait teori tentang rantai spin dengan memasukkan  pengaruh yang sangat penting  dari topologi.  Teori rantai spin dengan konsep-konsep topologi dapat digunakan untuk memahami sifat-sifat dari rantai magnet kecil yang ditemukan di beberapa bahan.

(Plasma-Gluon-Quark in Univers – Sebagai materi eksotis)

Berdasarkan  hal tersebut diatas Haldane (lahir 1951) meramalkan bahwa rantai spin dengan bilangan bulat dan setengah bulat,  harus berbeda  secara kualitatif. Hal ini benar-benar memberikan dampak yang tak terduga dan  kemudian dikonfirmasi oleh banyak eksperimen.

Karya fundamental teori tentang topologi transisi fase dan topologi fase-fase dari materi dapat dimanfaatkan sebagai pemandu untuk berburu materi dengan “sifat eksotis”.  Materi eksotis merupakan materi yang terkait dengan “eksotis” sifat fisik. Materi jenis ini “tidak patuh” pada hukum fisika dikenal. Sebagai contoh  “tachyons”, yang memiliki massa negatif atau massa “imajiner”,  yang memungkinkan  “tachyons”,   membalikkan hukum fisika atau memungkinkan memiliki kecepatan melebihi kecepatan cahaya. Materi “eksotis” ini merupakan kumpulan-kumpulan patikel kuantum. Wujud zat ini tak biasa ditemui. Keadaan suhu sangat tinggi seperti plasma quark-gluon  atau suhu sangat rendah seperti materi dalan kondisi  Bose-Einstein Condensation. Juga materi “eksotis”  dapat berupa materi kurang dipahami seperti materi gelap (dark matter).

(Bose-Eintein-Condensation – Sebagai materi eksotis)

Sumber: Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2016