Oleh Dr Zamir Mohyedin
Hadiah Nobel Fizik 2023 dimenangi oleh Pierre Agostini, Ferenc Krausz dan Anne L’Huillier kerana sumbangan mereka untuk kaedah menjana denyutan attosaat cahaya bagi mengkaji dinamik elektron dalam jirim.
Bagi yang tidak faham dengan kajian ahli-ahli fizik ini, mungkin sumbangan mereka seperti tidak begitu berimpak. Kadangkala kita boleh jadi tidak suka suatu perkara itu kerana tidak memahaminya. Mari berkenalan dengan denyutan cahaya attosaat.
Attosaat adalah unit sukatan masa yang mewakili 10-18 saat atau 0.00000000000000000.1 saat. Jadi, denyutan cahaya dalam tempoh attosaat merupakan denyutan yang sangat pantas berbanding 1 saat. Attosaat merupakan skala masa paling kecil saintis dapat cerap. Kenapa attosaat ini begitu penting sehingga dapat merangkul hadiah berprestij?
Pada 1870-an, Max Planck pernah dipesan bahawa fizik hampir lengkap. Hampir kesemuanya telah ditemui. Cuma tinggal beberapa masalah sahaja yang perlu diselesaikan.
Pada ketika itu, ahli fizik masih belum mempercayai dengan kewujudan atom. Mereka belum yakin. Mereka masih percaya bahawa setiap objek berasal daripada empat unsur air, api, angin dan tanah yang digagaskan oleh Aristotle.
Setelah Albert Einstein meyakinkan kewujudan atom dan molekul melalui pergerakan Brown pada 1905, barulah ahli fizik bertungkus lumus untuk membuktikan kewujudan tersebut.
Pintu gerbang baharu dalam fizik terbuka semenjak itu. Ahli fizik mula fokus pada kajian ke atas atom. Bermula daripada pembuktikan kewujudan yang dilakukan oleh Ernest Rutherford, James Chadwick, J.J. Thomson sehinggalah kepada kajian sifat-sifat atom yang dilakukan oleh Neils Bohr, Werner Heisenberg dan lain-lain.
Pergerakan elektron dan bagaimana elektron tersusun semula merupakan salah satu perkara yang dikaji oleh saintis. Kajian ini penting kerana banyak proses elektronik, digital, malah proses tindak-balas kimia sangat berkait rapat dengan pergerakan elektron.
Namun, cabarannya kelakuan elektron sulit untuk dikaji kerana ia bergerak dengan sangat pantas. Jadi, saintis memerlukan denyutan cahaya yang lebih pantas daripada pergerakan elektron. Konsepnya bagaimana?
Denyutan cahaya
Denyutan cahaya akan dipancarkan kepada satu sistem yang terdiri daripada pelbagai atom. Pancaran ini menyebabkan sistem tersebut menguja ataupun bertindak-balas.
Dalam satu tempoh masa yang singkat, sistem tersebut akan kembali kepada keadaan asal semula. Selepas denyutan cahaya pertama dibuat, perlu denyutan cahaya susulan untuk mencerap proses tindak balas sistem.
Namun, jarak antara denyutan pertama dan denyutan kedua perlu dalam jarak yang pendek iaitu attosaat kerana penyusunan semula sistem tersebut mengambil masa yang sangat pantas.
Bayangkan kamera mengambil masa satu saat untuk tangkap gambar. Kita picit butang tangkap, selepas 1 saat, baru gambar dapat ditangkap. Jika kamera ini tangkap gambar objek yang bergerak seperti kereta misalnya, gambar akan jadi kabur dan tidak tajam.
Sebab kamera ambil tempoh yang agak panjang untuk tangkap gambar. Jadi, kita susah untuk tahu dinamik atau kelakuan objek yang bergerak itu.
Jika kamera itu mengambil masa satu milisaat misalnya untuk tangkap gambar, kita akan dapat gambar objek bergerak yang cantik. Itulah bayangan antara denyutan cahaya attosaat dan pergerakan elektron.
Sebelum denyutan cahaya attosaat dapat dicapai, saintis hanya terhad femtosaat – masih belum cukup untuk mencerap kelakuan elektron. Cerapan akan jadi kabur dan kita tidak tahu kelakuan elektron jika denyutan cahaya attosaat tidak dapat dihasilkan.
Teknologi attosaat membolehkan saintis mengkaji pelbagai tindak-balas kimia, ikatan atom, pergerakan elektron dalam air ataupun dalam litar elektronik dan digital. Bagi yang sukakan kamera cantik pada telefon pintarnya, inilah teknologi yang kita nanti-nantikan untuk merealisasikannya.
*Dr Zamir Mohyedin merupakan penyelidik di Universiti Teknologi Mara dan juga ahli fizik yang menulis lapan buku
