Inilah jawaban singkatnya: kuasipartikel itu nyata, tetapi hanya jika Anda melepaskan gagasan bahwa sebuah partikel pastilah satu-satunya serigala.
Itu bukan bola bilyar kecil. Mereka bukan proton. Mereka tentu saja bukan elektron dalam pengertian tradisional. Sebaliknya, itu adalah kegembiraan. riak. Perilaku kolektif materi bertindak seperti satu kesatuan. Kedengarannya memang abstrak, sampai Anda melihat bagaimana kita menggunakannya untuk menjelaskan segala sesuatu mulai dari superkonduktor hingga panel surya.
Cara Kerja Kuasipartikel dalam Materi
Untuk memahami apa itu kuasipartikel, pertama-tama Anda harus mematahkan gambaran masa kecil tentang fisika.
Kita diajari bahwa partikel adalah benda yang terpisah. Sebuah marmer. Sebuah peluru. Sebutir pasir. Kemudian mekanika kuantum terjadi. Louis de Broglie menunjukkan pada tahun 1924 bahwa elektron berperilaku seperti gelombang. Itu mengguncang segalanya.
Fisika modern melangkah lebih jauh. Partikel hanyalah riak di medan yang memenuhi alam semesta. Lampu? Riak di medan elektromagnetik. Sebuah elektron? Sebuah riak di bidangnya sendiri.
Tapi apa yang terjadi ketika riak itu bergerak melalui benda-benda?
Bayangkan sebuah stadion. Ribuan orang duduk berjajar. Mereka berdiri dan duduk secara berurutan. Sebuah “gelombang” bergerak mengelilingi arena. Ia memiliki kecepatan. Itu memiliki lokasi. Perjalanannya dari bagian A ke bagian B.
Tapi dimana ombaknya?
Itu bukan seseorang. Ini bukanlah benda fisik yang dapat Anda pegang. Itu adalah pola perilaku. Jika Anda mengosongkan stadion, ombaknya akan hilang. Ia tidak bisa ada dalam ruang hampa. Itu membutuhkan kerumunan.
Itu adalah partikel semu.
Douglas Natelson, fisikawan di Rice University, secara blak-blakan menyatakan hal ini. Kuasipartikel hanya ada dalam suatu medium. Mereka adalah respons kolektif dari bagian-bagian yang saling berinteraksi. Elektron dan proton dapat melayang di ruang kosong. Partikel kuasi tidak bisa. Mereka terikat pada rumah materi mereka.
Jadi, apakah itu palsu? Tidak. Anda dapat mendeteksinya. Anda bisa mengukurnya. Anda bahkan dapat memanipulasinya demi teknologi. Mereka berperilaku seperti partikel karena matematika memperlakukannya sebagai partikel. Ini menyederhanakan sistem yang kacau menjadi sesuatu yang dapat Anda hitung.
Partikel Kuasi Manakah yang Sebenarnya Ada?
Lev Landau mengemukakan konsep ini pada tahun 1950-an. Ini membuatnya memenangkan Hadiah Nobel. Sejak itu, para ilmuwan telah menemukan banyak sekali hal-hal ini.
Inilah hal utama yang perlu Anda ketahui.
- Phonon: Ini adalah partikel suara. Ini adalah paket energi getaran terkecil dalam suatu material. Saat Anda menyentuh sesuatu dan merasakannya bergetar, Anda merasakan fonon.
- Lubang Elektron: Saat elektron bergerak, ia meninggalkan ruang kosong. Kekosongan itu bermuatan positif. Kami memperlakukan ruang kosong itu sebagai partikel yang disebut “lubang”. Ia bergerak berlawanan dengan elektron. Efeknya nyata, meskipun secara harfiah adalah ketiadaan.
- The Exciton: Bayangkan sebuah elektron dan sebuah lubang saling menempel, saling mengorbit. Mereka terikat oleh tarikan listrik. Partikel kuasi ini adalah kunci untuk sel surya. Ia membawa energi tanpa membawa muatan bersih.
- The Anyon: Ini hanya muncul dalam sistem dua dimensi. Mereka aneh. Mereka dapat membawa sebagian kecil muatan listrik. Partikel standar memiliki muatan bilangan bulat. Siapapun tidak.
Ross McKenzie dari Universitas Queensland berpendapat bahwa kemungkinan ada jenis yang tidak terbatas. Ada keadaan materi yang tidak terbatas. Setiap negara bagian kemungkinan besar memiliki tanda kuasipartikelnya sendiri.
Mengapa Kita Menggunakan Teori Kuasipartikel?
Anda mungkin bertanya: mengapa memperumit masalah? Mengapa tidak melacak setiap atom saja?
Karena matematika tidak mungkin sebaliknya.
Natelson mengatakan partikel kuasi membuat perhitungan padatan menjadi mudah dilakukan. Tanpa mereka, menjelaskan bagaimana listrik mengalir melalui kawat tembaga atau bagaimana laser bekerja memerlukan pelacakan miliaran interaksi individu. Ini akan menjadi kekacauan.
Dengan kuasipartikel, kami memperlakukan kerumunan sebagai satu kesatuan.
“Para ilmuwan menggambarkan aktivitas dalam materi sebagai kuasipartikel karena ia menyederhanakan segalanya secara dramatis.”
Ini bukan sekedar pembukuan teoretis. Itu adalah rekayasa. Saat Anda mendesain semikonduktor, Anda mendesain lubang dan elektron. Saat Anda membuat komputer kuantum, Anda mencari siapa pun. Partikel kuasi ini menentukan bagaimana material menghantarkan panas, cahaya, dan daya.
Pemeriksaan Realitas
Jadi, kembali ke pertanyaan besar. Apakah itu nyata?
Jika “nyata” berarti “ada dalam kehampaan”, maka tidak. Anda tidak bisa memasukkan fonon ke dalam toples dan membawanya pulang.
Jika “nyata” berarti “memiliki sifat terukur dan mengikuti hukum fisika”, maka ya. Sangat.
McKenzie berpendapat bahwa partikel tersebut sama nyatanya dengan partikel standar untuk semua tujuan praktis. Anda bisa menangkap mereka. Anda dapat menyaksikan mereka memantul melewati batasan. Anda dapat menggunakannya untuk memberi daya pada perangkat.
Garis antara “partikel fundamental” dan “fenomena yang muncul” tidak jelas. Mungkin terlalu buram bagi sebagian orang. Namun fisika bukanlah tentang definisi yang jelas. Ini tentang model yang berhasil.
Partikel kuasi berfungsi.
Mereka membiarkan kita melihat struktur materi yang tersembunyi. Mereka mengubah kebisingan menjadi sinyal. Mereka mengubah kerumunan yang kacau menjadi satu gelombang yang bergerak.
Apakah Anda menyebutnya nyata tergantung pada apa yang Anda hargai. Tangibilitas? Atau perilaku?
Gelombangnya tetap bergerak.
