Fisikawan sedang mengembangkan cara baru untuk menentukan suhu menggunakan prinsip mekanika kuantum, yang berpotensi menghilangkan kebutuhan akan metode kalibrasi tradisional yang mengandalkan rangkaian sensor bersertifikat komersial. Terobosan ini, yang dipresentasikan pada American Physical Society Global Physics Summit, melibatkan perangkat yang memanfaatkan perilaku atom rubidium yang sangat dingin untuk menetapkan standar absolut skala kelvin.
Masalah dengan Standar Suhu Saat Ini
Saat ini, pengukuran suhu—baik dalam Celcius, Fahrenheit, atau kelvin standar fisikawan—pada akhirnya berasal dari kalibrasi yang dilakukan oleh lembaga standar nasional seperti Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST). Proses ini, meskipun efektif, pada dasarnya tidak langsung. Setiap sensor bergantung pada kalibrasi sensor lain, sehingga menciptakan ketergantungan yang menimbulkan potensi kesalahan. Nol kelvin mewakili suhu terdingin absolut secara teoritis, namun memverifikasi keakuratan satu kelvin masih merupakan tugas yang rumit.
Cara Kerja Perangkat Quantum
Perangkat baru ini menghindari masalah ini dengan menghubungkan langsung suhu ke properti kuantum fundamental. Para peneliti menjebak atom rubidium dan memanipulasinya dengan laser dan medan elektromagnetik, mendinginkannya hingga sekitar 0,0000017 suhu ruangan (setengah miliklvin). Pada suhu yang sangat dingin ini, elektron terluar menjadi sangat sensitif terhadap fluktuasi suhu yang sangat kecil sekalipun.
Saat terkena panas, elektron-elektron ini “melompat” ke keadaan kuantum yang berbeda. Kuncinya adalah lompatan ini mengikuti aturan matematika yang jelas, artinya suhu dapat ditentukan secara langsung dari frekuensi transisi elektron ini.
“Setiap atom rubidium di dunia sama persis, dan mereka akan berperilaku sama persis di lingkungan yang sama. Saya dapat membangun kembali perangkat ini di belahan dunia lain, dan perangkat tersebut akan sama persis,” kata Noah Schlossberger dari NIST, menyoroti potensi universalitas perangkat tersebut.
Implikasi dan Perkembangan di Masa Depan
Biro Berat dan Ukuran Internasional telah mendefinisikan kelvin berdasarkan konstanta kuantum. Namun, NIST pun menggunakan sensor konvensional untuk kalibrasi sebenarnya. Perangkat baru ini menawarkan metode verifikasi berbasis kuantum sepenuhnya. Keuntungan terbesarnya adalah kemampuan reproduksinya: karena semua atom rubidium berperilaku identik dalam kondisi yang sama, perangkat ini, secara teori, dapat direplikasi di mana saja dengan hasil yang sama.
Tingkat presisi ini sangat penting untuk teknologi presisi tinggi seperti jam atom, yang beroperasi secara optimal pada suhu sangat rendah.
Meskipun masih berupa prototipe—saat ini berukuran besar dan membutuhkan waktu berbulan-bulan untuk dibuat—tim ini berupaya menyempurnakan desain, meningkatkan akurasi deteksi, dan membuatnya lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata. Sasaran jangka panjangnya adalah standar suhu yang dapat mengkalibrasi sendiri sehingga menghilangkan ketergantungan pada verifikasi eksternal, yang secara mendasar mendefinisikan ulang cara kita mengukur panas itu sendiri.
