Language
Country/Area
No result found
Misteri fase geometri: Mengapa sistem kuantum memperoleh fase tersembunyi?
Dalam bidang fisika, fase geometri adalah perbedaan fase yang diperoleh sistem kuantum saat menjalani proses adiabatik siklik. Fenomena ini tidak hanya mencakup inti teori mekanika kuantum, tetapi juga mengungkap banyak fenomena fisika yang menakjubkan. Sejak S. Pancharatnam secara independen menemukan fenomena ini dalam optik klasik pada tahun 1956, fenomena ini telah dikembangkan dan diperdalam, dan selanjutnya dipromosikan oleh Michael Berry pada tahun 1984. Fase geometri (juga dikenal sebagai fase Pancharatnam–Berry, fase Pancharatnam atau fase Berry) telah menjadi fenomena fisika yang penting.
Keberadaan fase geometri berasal dari sifat-sifat geometri ruang parameter Hamiltonian. Ketika suatu sistem menjalani proses perubahan parameter yang diinduksi dan akhirnya kembali ke keadaan semula, jika proses tersebut bersifat siklikal, akan diperoleh perbedaan fase tambahan. Fenomena ini tidak terbatas pada sistem kuantum, tetapi juga memiliki aplikasi dan nilai teoritis yang penting dalam optik klasik.
Kunci terjadinya fase geometri adalah bahwa parameter berubah sangat lambat (adiabatik), yang memungkinkan sistem tetap berada dalam keadaan eigen energinya setiap saat.
Ketika fase geometri terjadi, ketergantungan keadaan sistem biasanya tunggal. Ini berarti bahwa di bawah kombinasi parameter tertentu, keadaan sistem mungkin tidak terdefinisi. Untuk mengukur fase geometri, biasanya perlu dilakukan eksperimen interferensi. Pendulum Foucault dalam mekanika klasik adalah contoh klasik dalam hal ini.
Fase Berry dalam mekanika kuantum
Dalam sistem kuantum, jika berada dalam keadaan eigen ke-n, evolusi adiabatik Hamiltonian akan mempertahankan sistem dalam keadaan eigen ke-n dan memperoleh faktor fase. Fase ini diperoleh tidak hanya dari perkembangan keadaan dari waktu ke waktu, tetapi juga dari perubahan dalam keadaan eigen yang berubah seiring perubahan Hamiltonian.
Untuk Hamiltonian yang bervariasi secara siklis, fase Berry tidak dapat dibatalkan karena merupakan sifat sistem yang invarian dan dapat diamati.
Keberadaan fase Berry terkait erat dengan perubahan parameter Hamiltonian, yang dapat dihitung dengan mengintegrasikan sepanjang jalur tertutup. Proses semacam itu memerlukan istilah fase untuk menggambarkan perubahan keseluruhan. Hal ini menyebabkan sistem berputar melalui ruang parameter dan memperoleh fase geometris yang sesuai.
Contoh Aplikasi Fase Geometris
Bandul Foucault
Bandul Foucault adalah contoh fase geometris yang sangat mudah dipahami. Saat bandul bergerak mengikuti rotasi Bumi, bidang gerak melingkarnya memiliki pra-rotasi. Untuk lintasan tertentu, jumlah total rotasi adalah ukuran sudut padat yang dicakup bandul setelah melintasi lintasan tertutup mana pun.
Dengan kata lain, pra-rotasi ini bukan karena pengaruh gaya inersia, tetapi disebabkan oleh rotasi lintasan yang dilalui bandul.
Di garis lintang Paris, periode pra-rotasi bandul Foucault adalah sekitar 32 jam, yang berarti bahwa pada akhir rotasi satu hari, bidang bandul telah berubah secara signifikan. Fenomena ini secara mendalam menunjukkan hubungan erat antara fase geometris dan sistem fisik.
Cahaya terpolarisasi dalam serat optik
Contoh kedua adalah cahaya terpolarisasi linier yang memasuki serat mode tunggal. Selama proses ini, momentum cahaya selalu bersinggungan dengan lintasan serat optik, sehingga perubahan keadaan polarisasi selama masuk dan keluarnya cahaya juga dapat dijelaskan oleh fase geometri. Arah polarisasi cahaya saat memasuki serat optik akan berbeda fase dengan arah polarisasi saat meninggalkannya.
Besarnya perubahan fase ini juga diukur dari sudut ruang yang dibatasi oleh cahaya saat bergerak melalui serat.
Melalui contoh-contoh ini, kita dapat melihat bahwa fase geometri bukan sekadar keanehan matematis, tetapi juga memberikan wawasan mendalam tentang pemahaman fenomena fisik dan memiliki potensi aplikasi.
Bayangkan saja, fenomena fisik apa lagi di dunia ini yang dapat memungkinkan kita mengungkap lebih banyak misteri tersembunyi melalui perspektif fase geometri?
