Apa yang kita ketahui tentang materi? Atau, pertanyaan dengan cara berbeda, sejauh mana kita mengenal materi yang ada di sekitar kita? Air, umpamanya.
Sehari-hari kita mengenal tiga keadaan materi: gas, cair, dan padat. Dalam suhu normal, air berwujud cair. Bila dipanaskan hingga lebih dari 100 derajat Celcius, air akan berubah jadi uap. Bila didinginkan terus, air akan membeku dan kita mengenalnya sebagai es—pada suhu 0 derajat Celsius air akan membeku, meskipun ada yang disebut ‘supercooled water’, yaitu air yang baru membeku bila suhunya telah mencapai minus 48 derajat Celcius (penelitian Valeria Molinero).
Ternyata masih ada misteri lain yang tersimpan dalam materi—pada suhu yang sangat rendah atau amat tinggi, materi mulai berperilaku aneh. Disebut aneh lantaran perilakunya tak seperti yang lazim kita kenali seperti tadi. Keanehan perilaku dan wujud materi inilah yang mengantarkan tiga fisikawan kelahiran Inggris, tapi mengajar di tiga universitas AS, dalam memperoleh Hadiah Nobel Fisika tahun ini.
Ketiga Nobelis itu, David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane, dan J. Michael Kosterlitz, menggunakan pemodelan matematis tingkat tinggi untuk memperlihatkan beberapa karakter aneh yang bisa muncul ketika materi didinginkan atau dipanaskan pada suhu ekstrem. Dalam keadaan sangat dingin, lapisan-lapisan atom demikian datar dan tipis sehingga dapat dianggap sebagai dua dimensi. Saat itu Anda dapat menemukan superkonduktor, yang mampu mengantarkan arus listrik tanpa hambatan, dan superfluida, di mana aliran cairan berlangsung tanpa gesekan sama sekali sehingga memungkinkan terjadinya perputaran tanpa perlambatan.
Dalam bahasa resmi Panitia Nobel, ketiga fisikawan itu diberi Hadiah Nobel atas temuan mereka tentang ‘transisi fase topologis dan fase-fase topologis materi’. Ketiga ilmuwan itu memang menggunakan pendekatan topologi—cabang matematika yang memelajari perubahan sifat secara bertahap. Topologi menjelaskan sifat yang tetap sama walaupun sebuah obyek berubah bentuk karena ditarik, dipuntir, ditekan, asalkan bukan dihancurkan.
Mereka memanfaatkan pendekatan topologi ini untuk memahami perilaku atom pada materi yang dijumpai pada kondisi khas—bukan padat, cair, maupun gas. Pada suhu yang sangat tinggi, atau sangat rendah, perilaku atom-atom ini menjadi tak lazim, sehingga mereka menyebutnya sebagai materi dalam keadaan eksotis. Terjadi perubahan fase yang jauh lebih memikat ketimbang perubahan fase yang selama ini dikenal, air menjadi uap misalnya.
Berbekal pemahaman ini, para ilmuwan dapat membuat isolator topologi—materi yang hanya bisa mengalirkan listrik pada permukaannya, tapi menghalangi aliran listrik pada bagian lain materi itu. Biasanya, sebuah materi jika bukan isolator ya kunduktor, tidak bisa memiliki kedua sifat sekaligus dan serentak. Gagasan tentang material tunggal yang memiliki kedua sifat itu mengubah banyak hal mengenai apa yang telah kita ketahui tentang materi. Jelas, ini temuan penting yang berguna untuk pengembangan materi di masa depan, yang sudah dimulai sekarang. Penerapannya pun mencakup wilayah yang luas di bidang rekayasa (engineering) termasuk komputer kuantum yang jauh lebih digdaya ketimbang komputer yang kita kenal sekarang.
Dengan pendekatan topologi, terbuka peluang untuk memprediksi dan melakukan studi lebih jauh tentang sifat-sifat materi. Riset ketiga ilmuwan yang dilakukan pada tahun 1980an—dengan pendekatan matematis, mereka melampaui zaman. Mereka memprediksi fenomena eksotis materi sebelum menemukannya melalui eksperimen, sebagaimana halnya Albert Einstein memprediksi gelombang gravitasi puluhan tahun yang silam dan para ilmuwan baru menemukan jejak gelombang itu di alam semesta belum lama ini.
Penghargaan Nobel ini adalah penghargaan atas rasa ingin tahu dan ketidaktahuan manusia. Ketika kita merasa sudah memahami sesuatu, ternyata masih ada lapisan-lapisan lain yang diselemuti misteri. Penemuan rahasia materi eksotis ini menandakan betapa kita belum sampai ke perbatasan terakhir dari misteri semesta, bahkan mungkin tidak akan pernah sampai. (sumber ilustrasi: pbs.org) **
Ikuti tulisan menarik dian basuki lainnya di sini.
