Nobel – fisika itu sunatullah

10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 3)

Peringkat 1 s.d. 3 dibahas di Bagian 1. Peringkat 4 dan 5 dibahas di Bagian 2. Peringkat 6 dibahas di sini.

Peringkat 6: Mempertajam proyeksi citra dari serat optik yang disorder

Fungsi utama serat optik adalah memandu cahaya. Seperti halnya pipa atau selang yang memandu arah gerak air, serat optik memandu arah gerak cahaya sehingga dia disebut juga sebagai pipa cahaya. Ilustrasi bagaimana serat optik memandu arah gerak cahaya diberikan pada gambar berikut ini.

Cahaya dapat dipakai untuk mengirim informasi. Oleh sebab itu, serat optik telah mengubah cara kita berkomunikasi sehingga tokoh yang merancangnya mendapat hadiah Nobel Fisika tahun 2009.

Salah satu aplikasi serat optik sebagai pemandu cahya adalah mentransfer citra, atau gambar, dari satu tempat ke tempat yang lain seperti ilustrasi berikut ini.

Namun, karena ketidaksempurnaan serat, selalu ada kemungkinan citra yang dipindahkan menjadi kabur. Salah satu sebabnya adalah dinding serat bagian dalam yang cacat sehingga tidak dapat memandu arah gerak cahaya sesuai dengan yang seharusnya seperti diilustrasikan gambar berikut ini.

Kanan: Cermin datar sempurna memberikan pemantulan sempurna. Kiri: cermin datar cacat memberikan hamburan.

Pemantulan yang diinginkan digambarkan oleh panah biru, sedangkan yang tidak diinginkan oleh panah merah. Jika dinding serat cacat, disebut disorder, maka panah merah akan menganggu “arus cahaya” yang sedang dipandu. Akibatnya, citra yang dihasilkan kabur.

Apakah ada cara mengatasi ini?

Nobel Kimia 2012 untuk Reseptor Pintar

The Royal Swedish Academy of Science memutuskan untuk memberi Nobel Kimia 2012 kepada Robert J. Lefkowitz (kiri) dan Brian K. Kobilka (kanan)

atas usaha mereka mempelajari reseptor G-protein-terkopel.

Lefkowitz berafiliasi pada Howard Hughes medical Institute dan Duke University Medical Center di Durham, North Carolina, Amerika Serikat. Sedangkan afiliasi Kobilka adalah Stanford University School of Medicine, di negara bagian California, Amerika Serikat.

Saya ikuti secara langsung lewat Internet pengumuman tersebut seperti pada saat pengumuman Nobel Kedokteran dan Nobel Fisika. Tidak banyak yang bisa saya tulis karena topiknya terlalu di luar pengetahuan saya. Yang dapat saya pahami dari penjelasan saat konferensi pers tersebut, ditambah keterangan pers di situs nobel.se, adalah sebagai berikut.

Para ilmuwan sudah mengetahui bahwa sel-sel tubuh kita begitu mudah beradaptasi dengan lingkungannya. Sel-sel dapat merasakan perubahan pada lingkungannya dan segera bereaksi untuk menyesuaikan diri terhadap situasi yang baru. Hanya saja, mekanisme bagaimana sel-sel tersebut merasakan perubahan pada lingkungan mereka tersebut masih misteri.

Nobel Fisika 2012 untuk Kuantum Optik (lagi)

Ya, ini adalah kali kedua dalam kurun tujuh tahun topik kuantum optik mendapat Hadiah Nobel. Serge Haroche (kiri) dan David J. Wineland (kanan) berbagi hadiah Nobel Fisika 2012

“atas keberhasilan metode mereka yang memungkinkan kita mengukur dan memanipulasi keadaan individu sebuah sistem kuantum”.

Serge Haroche adalah seorang fisikawan Prancis kelahiran Maroko. Saat Hadiah Nobel diumumkan, beliau berafiliasi untuk Collège de France (Paris) dan ENS (Paris), semacam SMA swasta yang bergengsi di Prancis. Sedangkan David Wineland adalah fisikawan Amerika Serikat yang sedang bekerja untuk NIST di Universitas Colorado, Amerika Serikat. Mereka berbagi hadiah sebanyak delapan juta Kronor (Kronor adalah mata uang Swedia).

Haroce dan Wineland bekerja terpisah, dengan metode berbeda, untuk mengukur sebuah parameter fundamental dalam fisika, “quantum state” atau keadaan kuantum. Parameter ini mengandung sejumlah besaran fisis dan biasanya diekspresikan dalam sebuah fungsi yang dikenal dengan fungsi gelombang.

Apa itu keadaan kuantum?

Keadaan kuantum dihadirkan para fisikawan teoritis untuk menggambarkan sebuah sistem yang teramat kecil. Sistem ini dapat berupa partikel, seperti elektron, dan dapat juga berupa gelombang, seperti cahaya (lihat “Berapa massa warna biru?”.) Misalnya untuk menyatakan sebuah elektron yang mengorbit pada atom Hidrogen, fisikawan menciptakan bilangan kuantum (n, m, l, s). Bilangan n untuk menyatakan “kulit”, bilangan “m” untuk menyatakan sub-kulit, bilangan “l” untuk menyatakan “orbit di dalam sub-kulit” dan terakhir bilangan “s” untuk menyatakan spin, atau arah putaran elektron terhadap poros yang berada dalam dirinya sendiri.

Nobel Kedokteran 2012 untuk Sel Stem

Hadian Nobel di bidang Fisiologi atau Pengobatan 2012 diberikan kepada Sir John B. Gurdon (kiri) dan Shinya Yamanaka (kanan)

“atas keberhasilan mereka menemukan sel-sel yang sudah dewasa dapat diprogram ulang kembali menjadi sel-sel muda”.

Saat Hadiah Nobel diumumkan, Gurdon bekerja untuk Gurdon Institute, sebuah institut riset penyakit kanker di Universitas Cambridge, Inggris. Sedangkan Yamanaka berafiliasi pada Universitas Kyoto (Jepang) dan Gladstone Institute, sebuah institut riset biomedis nirlaba di San Fransisco, Amerika Serikat. Mereka berdua masing-masing mendapat setengah dari delapan juta Kronor (Kronor adalah mata uang Swedia).

Sebelum membahas lebih jauh, saya ingin memberi catatan kecil tentang istilah “Nobel Kedokteran”. Nama aslinya adalah “Nobel Prize in Physiology or Medicine”, seperti yang saya terjemahkan pada kalimat pembuka paragraf di atas. Tapi sepertinya di tengah-tengah masyarakat nama “physiology or medicine” ini sering tertukar dengan satu nama, “kedokteran”. Saya tidak tahu apakah mereka sama atau tidak sama. Yang saya tahu, fisiologi adalah cabang ilmu biologi yang mengkaji fungsi-fungsi organisme hidup dan medicine adalah ilmu pengobatan.

Di dalam pelajaran biologi kita diajarkan bahwa satu sel telur akan berkembang biak menjadi ribuan sel-sel setelah dibuahi oleh sperma. Sel-sel baru yang terbentuk tidak sama dengan sel induknya, sebagian ada yang menjadi jantung, sebagian menjadi syaraf, sebagian menjadi tulang, dan lain-lain. Dengan kata lain, ada proses pemograman yang membuat satu sel telur menjadi sel-sel khusus. Sel yang sudah terprogram ini disebut sel terkhususkan (specialized cell, maaf saya tidak tahu istilah khususnya dalam Bahasa Indonesia.)

Kuasikristal dan Pola Mozaik

Publikasi Shechtman di Phys. Rev. Lett. 53, 1984, p1951-4 membuat dia semakin dikritik. Namun, pada saat yang bersamaan para pakar kristrografi seluruh dunia seperti mengalami déjà vu. Banyak di antara mereka yang telah menyaksikan hal serupa, tapi mereka interpretasikan sebagai bukti dari kristal kembar. Sebagian mereka mulai membuka dan mengkaji lagi data dari buku log/jurnal mereka yang mungkin sudah usang. Tidak butuh waktu lama bagi para pakar untuk untuk melihat apa yang dilihat Shechtman: pola keteraturan yang tidak berperiodik.

Catatan penting buat mahasiswa bimbingan saya: itulah salah satu alasan kenapa saya wajibkan kalian menulis diari setiap hari, sebagai penggangi jurnal seperti di dunia eksperiman.

Kenapa kontroversial?

Saat Shectman mempublikaskan penemuannya, dia masih belum punya penjelasan pasti apa yang dia lihat. Menurut pakemnya, susunan atom-atom dalam kristal memiliki simetri yang unik. Perhatikan gambar di bawah ini. Pada gambar a., setiap atom dikelilingi oleh tiga atom yang identik dalam sebuah pola yang berulang, disebut simetri threefold (fold = lipatan). Simetri threefold kembali ke posisi awal jika diputar sebanyak 120 derajat (sepertiga dari 360 derajat). Prinsip yang sama berlaku untuk gambar b. dan c., untuk simetri fourfold (diputar 90 derajat, atau seperempat dari 360 derajat) dan sxifold (diputar 60 derajat, atau seperenam dari 360 derajat).