Foton dan Quark

Einstein memenangkan hadiah Nobel di tahun 1921 karena kemampuannya menjelaskan suatu fenomena misterius dari cahaya yang disebut sebagai ”photoelectric effect”. Ilmuwan menyebut cahaya sebagai “radiasi energi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang kelihatan bagi mata manusia”.

Dalam fisika atom dan kimia kuantum, konfigurasi elektron adalah susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, atau struktur fisik lainnya.[1] Sama seperti partikel elementer lainnya, elektron patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, keadaan kuantum elektron tertentu ditentukan oleh fungsi gelombangnya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks. Menurut interpretasi mekanika kuantum Copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang menyebabkannya untuk bisa dideteksi. Probabilitas aksi pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang pada titik tersebut.

Elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum energi dalam bentuk foton. Oleh karena asas larangan Pauli, tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom, sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.


Pengetahuan atas konfigurasi elektron atom-atom sangat berguna dalam membantu pemahaman struktur tabel periodik unsur-unsur. Konsep ini juga berguna dalam menjelaskan ikatan kimia yang menjaga atom-atom tetap bersama.

Mekanika kuantum menjelaskan perilaku atom dan partikel subatomik seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton, dilepaskan.

Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel (“dualisme gelombang-partikel”).

Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.

Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

di mana h adalah konstanta Planck, c adalah laju cahaya, dan λ adalah panjang gelombangnya.

Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.

Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein[1][2][3][4] untuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.

Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum
[sunting] Nomenklatur

Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant) oleh Albert Einstein.[1]. Nama modern “photon” berasal dari kata Bahasa Yunani untuk cahaya φῶς, ditransliterasi sebagai phôs, dan ditelurkan oleh kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang menerbitkan teori spekulatif[5] yang menyebutkan foton sebagai “tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan”. Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh kebanyakan fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Compton sebagai orang yang pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927 [[6][7]

Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunani gamma. Simbol ini kemungkinan berasal dari sinar gamma, yang ditemukan dan dinamakan oleh Villard[8][9], dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada 1914 oleh Ernest Rutherford dan Edward Andrade [10]

Dalam kimia dan rekayasa optik, foton biasanya dilambangkan oleh hν, energi foton, h adalah konstanta Planck dan abjad Yunani ν adalah frekuensi foton. Agak jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagai hf, f di sini melambangkan frekuensi.

Sifat-sifat fisik
Foton tidak bermassa, [11] tidak memiliki muatan listrik[12], dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya (λ) dan arah perambatannya. Foton adalah boson gauge untuk elektromagnetisme, dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya seperti bilangan lepton, bilangan baryon atau strangeness bernilai persis nol.

Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju c (laju cahaya). Energinya E dan momentum p dihubungkan dalam persamaan E = pc, di mana p merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa m adalah E2 = c2p2 + m2c4, sesuai dengan teori relativitas khusus.

Quark (dibaca kwɔː(r)k), sebagaimana dijelaskan dalam model standar pada fisika partikel, bersama-sama dengan lepton dipercaya sebagai partikel elementer yang membentuk materi. Kombinasi beberapa quark membentuk jenis partikel yang disebut hadron, di alam terdapat dua macam hadron yaitu meson dan baryon. Partikel berjenis meson terdiri dari dua buah quark, partikel berjenis baryon terdiri dari tiga jenis quark dan baru-baru ini ditemukan adalah pentaquark yang terdiri dari lima buah quark. Partikel-partikel seperti proton dan neutron termasuk ke dalam jenis baryon, sedangkan elektron bukan tersusun atas quark melainkan sudah merupakan sebuah partikel elementer yang termasuk dalam jenis lepton. Terdapat enam jenis quark yang berbeda yang dibedakan berdasarkan “rasa”-nya, yaitu up, down, charm, strange, top dan bottom. Antipartikel quark disebut antiquark. Dalam teori kromodinamika kuantum masing-masing quark (up, down, charm, strange, top dan bottom) memiliki tiga buah “warna” yaitu merah, biru dan hijau, di mana sebuah partikel hanya bisa dibentuk oleh paduan “warna” netral.

Energi
Ditinjau dari perspektif fisika, setiap sistem fisik mengandung (secara alternatif, menyimpan) sejumlah energi; berapa tepatnya ditentukan dengan mengambil jumlah dari sejumlah persamaan khusus, masing-masing didesain untuk mengukur energi yang disimpan secara khusus. Secara umum, adanya energi diketahui oleh pengamat setiap ada pergantian sifat objek atau sistem. Tidak ada cara seragam untuk memperlihatkan energi;
by : http://id.wikipedia.org/wiki/Foton

Seputar Dunia Kuantum

  • ‘Orang yang mengatakan bahwa teori kuantum sudah jelas, sesungguhnya belum memahaminya.’ Niels Bohr (Wafat Tahun 1962, usia 77 tahun).
  • Kuantum setara dengan kubisme yang melihat objek dari beberapa sisi sekaligus. Teori kuantum dan kubisme dikembangkan secara simultan, tetapi secara terpisah. Telah dikemukakan bahwa pada awal abad k-20, evolusi kita mengalami ‘lompatan’ dalam cara kita memahami dunia.
  • Kuark (bagian yang paling kecil) merupakan salah satu dari sekelompok partikel elementer tertentu. Kromodinamika kuantum menyatakan bahwa ada 18 tipe kuark. Tipe-tipe ini (dikenal sebagai cita rasa) termasuk : atas, bawah, aneh, menawan, dasar (atau cantik), dan puncak (atau kebenaran). Istilah quark’ diperkenalkan oleh ahli fisika asal Amerika, Murray Gell-Mann dari kata yang ditemukan oleh James Joyce dalam adikaryanya Finnegans Wake, yang dideskripsikan oleh seorang kritikus sebagai lompatan kuantum ke dalam kegelapan.
  • ‘Multikulturalisme adalah konsep kuantum’ – New Scientist.
  • Definisi ensiklopedia :”Pluralisme adalah kepercayaan koeksistensi pandangan yang saling berlawanan… [Pluralisme telah] secara perlahan-lahan menembus semua segi kebudayaan, masyarakat, dan bahkan pengetahuan abad k-20. -> apakah ada kesalahpahaman?.
  • Eisntein menunjukkan bahwa jagat raya tidak tersusun atas materi. Partikel utamanya adalah energi. Maka, semua objek fisik menjadi ruang yang berisi energi.
  • ‘Kuantum pada dasarnya adalah sains yang melampaui indera. Kita bisa tidak mempunyai gambaran terhadap realitas yang sesungguhnya (ultimate reality)’. Heiseinberg.
  • ‘Saya yakin ‘seyakin-yakinnya’ bahwa realitas pasti lebih ganjil dari pada yang dapat kita bayangkan. Bryan Maage, filsuf kontemporer.
  • ‘Antipati yang mendalam terhadap sikap mempercayai sekali untuk selama-lamanya setiap pandangan yang menyeluruh terhadap dunia. Mengagumi sudut pandang yang berbeda: menolak untuk dicabut dari stimulus tehadap hal yang sukar dimengerti’. Resep Nietzche untuk masa depan sains Tahun 1986. Ia juga mengatakan :’Pemikiran (insight) yang paling bernilai adalah metode’ –> (kok nggak beriman ya!).
  • ‘Hukum kedua tetapan termodinamika memutuskan bahwa tidak pernah akan ada Humpy Dumpty yang lain. Fisika kuantum membuat ‘teori mengenai segala sesuatu’ sama masuk akalnya seperti Father Christmas’. John Mandeville, ahli fisika.
  • Peringatan bagi semua orang yang mencari penjelasan mendasar tentang dunia dalam kerangka pengetahuan :”Jangan pernah menjadikan intelek dewa kita; ia mempunyai …otot yang kuat tetapi tidak mempunyai kepribadian‘. Eisntein.
  • Perkembangan fisika kuantum (versi sederhana) : Bayangkan dua partikel subatomik. Pada satu tahap, pasangan ini membentuk sebuah sistem, di mana nilai satu partikel sama dengan nilai partikel yang lain (Seperti katakanlah : A\, B/). Partikel-partikel ini kemudian menjadi terpisah oleh jarak yang sangat jauh (katakanlah separuh jagat). A kemudian diukur diketahui mempunyai nilai \. Jadi kita menyimpulkan bahwa B pasti mempunyai nilai /. Sampai di sini sederhana bukan?. Namun, menurut teori kuantum, A tidak mempunyai nilai sampai A itu diukur. Dan nilai ini juga tergantung dari metode pengukuran yang dipakai. Ini berarti ketika A diukur dan diketahui menjadi \, B, karena pernah menjadi bagian dari sistem yang sama, harus mempunyai nilai /. B harus mendapat nilai ini dengan seketika (instantaneously) –> komunikasi subatomik?. Dengan demikian, apabila teori kuantum benar, sesuatu bergerak lebih cepat dari cahaya. Namun, seperti kita ketahui, menurut teori relativitas Einsterin tidak sesuatu apapun yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya. Selain itu, ‘aturan’ ini (atau menghitung B pada jarak yan sangat jauh) akan terjadi tanpa sebab yang dilihat. Hal ini melampaui ranah kausalitas (hubungan sebab akibat). Fenomena ini dikenal sebagai paradoks EPR.
  • Perkembangan lanjut dari Paradoks EPR terjadi ketika Bell menemukan Teori Ketidaksamaan. Teori ini menjelaskan Paradoks EDPR dengan menempatkan sebuah ‘Realitas Tidak Loka’ – Unlocal Reality – (yaitu dunia nyata yang tidak mempunyai tempat). Dunia nyata yang kita kenal didukung oleh realitas yang tidak kelihatan ini yang tetap melampaui ruang, waktu, dan kausalitas. Menurut Bell, setiap partikel yang pernah menjadi bagian dari suatu sistem akan selalu tetap dihubungkan oleh realitas lokal (unlocal reality) ini, yang tidak dipengaruhi oleh jarak (betapapun besarnya), bertindak secara instan atau seketika (yaitu lebih cepat dari cahaya), dan membentuk penghubung (link) yang tidak melintasi ruang. Ini bukan pertama kalinya metode komunikasi (–> inikah sesuatu yang sedang menjelaskan mekanisme doa untuk sampai padaNya?, mencapai perbatasan ghaib?). seperti itu dinyatakan. Demikian juga dengan Voodo. Ketika anda menusukkan jarum ke model yang aslinya berada jauh dari Anda, ia akan segera nyeri di tempat bagian yang telah Anda tusuk (Sihir, santet nih yang sedang dijelaskan oleh teori Kuantum).

Akan tetapi, Teori Ketidaksamaan Bell, disebut sains?.

Bohr dan Teori Kuantum, Seri Ide Besar, Penerbit Erlangga, 2005
agorsiloku.wordpress.com/2007/01/05/seputar-dunia-kuantum/
hamidassyifa.wordpress.com

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: