Douglas Osheroff lahir di Aberdeen, Washington, pada tanggal 1 Agustus 1945. Dia tidak tumbuh dengan rencana untuk mempelajari mekanika kuantum. Dia hanya menyukai fisika. Keingintahuan itu akhirnya membawanya ke inti ilmu pengetahuan suhu rendah. Hal ini juga membuatnya mendapat tempat di antara fisikawan paling terkenal di generasinya.
Pada tahun 1996, Osheroff berbagi Hadiah Nobel Fisika. Dia tidak memenangkannya sendirian. Dia membagi kehormatan dengan David Lee dan Robert Richardson. Ketiganya menerima penghargaan untuk satu penemuan yang menakjubkan. Mereka menemukan superfluiditas pada helium-3.
Kebanyakan orang menganggap helium sebagai gas yang membuat balon melayang. Itu ringan. Itu tidak aktif. Itu membosankan. Tapi helium-3 berbeda. Ini adalah isotop langka. Ia berperilaku dengan cara yang bertentangan dengan logika sehari-hari. Ketika didinginkan hingga mendekati nol mutlak, ia berhenti bertindak seperti cairan normal. Itu menjadi superfluida.
Misteri Superfluiditas
Superfluiditas bukan hanya tentang mengalir dengan lancar. Ini tentang mengalir tanpa hambatan apa pun. Bayangkan menuangkan madu. Ini menyeret. Ini menciptakan gesekan. Sekarang bayangkan menuangkan air melalui pipa dengan begitu sempurna sehingga tidak pernah melambat. Itu adalah superfluiditas.
Osheroff, Lee, dan Richardson tidak hanya mengamati hal ini. Mereka membuktikan hal itu terjadi pada helium-3. Ini sangat besar. Helium-4 sudah dikenal sebagai superfluida. Tapi helium-3? Tidak ada yang menyangka akan berperilaku seperti itu. Itu adalah fermion. Fermion biasanya tidak berpasangan. Mereka tidak memadat. Mereka tidak menjadi superfluida. Setidaknya, itulah yang dikatakan teori.
Tim menunjukkan bahwa teori itu salah. Atau tidak lengkap. Mereka membuktikan bahwa atom helium-3 dapat berpasangan. Mereka bertingkah seperti pasangan Cooper. Pasangan ini sama dengan yang ditemukan pada superkonduktor. Tapi melihatnya dalam cairan? Itu baru. Itu merupakan sebuah terobosan.
Mengapa Hal Ini Penting di Luar Lab
Anda mungkin bertanya-tanya mengapa ada orang yang peduli dengan helium-3 cair. Jawabannya sederhana. Ini tentang memahami materi. Mekanika kuantum bukan hanya matematika abstrak. Ini menggambarkan bagaimana alam semesta bekerja pada skala terkecilnya.
Superfluiditas helium-3 membuka pintu ke bidang lain. Ini membantu fisikawan memahami superkonduktor suhu tinggi. Ini memberi petunjuk tentang bintang neutron. Sisa-sisa bintang padat tersebut mungkin mengandung materi superfluida. Jika kita bisa memodelkannya di laboratorium, kita bisa memodelkannya di luar angkasa.
Karya Osheroff juga membuka jalan bagi sensor kuantum yang lebih baik. Perangkat ini mendeteksi perubahan kecil pada gravitasi atau medan magnet. Mereka digunakan dalam segala hal mulai dari eksplorasi mineral hingga navigasi. Prinsipnya dimulai dengan toples helium-3 yang didinginkan hingga sepersekian derajat di atas nol mutlak.
Sisi Manusia dari Penemuan
Osheroff bukanlah seorang jenius yang sendirian. Dia bekerja dalam tim. Kolaborasi adalah kuncinya. Lee dan Richardson bukan hanya pemenang bersama. Itu adalah bagian penting dari teka-teki itu. Hadiah Nobel sering kali menyoroti individu, namun sains jarang merupakan tindakan tunggal.
Penemuan ini memakan waktu bertahun-tahun. Itu membutuhkan kesabaran. Untuk itu diperlukan kegagalan. Untuk itu diperlukan pendinginan benda pada suhu yang lebih dingin daripada suhu luar angkasa. Tapi imbalannya tidak sia-sia. Keadaan baru. Cara berpikir baru tentang bagaimana partikel berinteraksi.
Terobosan He-3 di Cornell
Jalan David Osheroff menuju penemuan fisika besar dimulai di ruang kelas dan berakhir di laboratorium kriogenik. Ia memperoleh gelar sarjana dari Caltech pada tahun 1967. Kemudian ia pindah ke Ithaca, New York, untuk mendapatkan gelar doktor di Cornell University. Di sanalah, pada tahun 1972, dia bekerja bersama Lee dan Richardson di laboratorium bersuhu rendah.
Mereka sedang mempelajari helium-3. Kondisinya sangat ekstrem. Sampelnya hanya berada beberapa perseribu derajat di atas nol mutlak. Suhunya −273° Celcius. Tim sedang mencari perubahan halus dalam perilaku cairan.
Osheroff melihat sesuatu yang mungkin terlewatkan oleh orang lain. Menit melonjak dalam tekanan internal. Penyimpangan kecil. Dia menunjukkannya.
Tim menggali lebih dalam. Mereka menyadari helium-3 sedang berubah keadaan. Itu telah menjadi superfluida. Ini bukan hanya cairan dingin. Ini adalah transisi fase di mana atom kehilangan keacakannya. Mereka bergerak beriringan. Terkoordinasi.
“Zat seperti itu tidak memiliki semua gesekan internal, mengalir tanpa hambatan, dan berperilaku sesuai dengan hukum mekanika kuantum.”
Ini penting. Mekanika fluida klasik tidak dapat menjelaskannya. Mekanika kuantum bisa. Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat melihat efek kuantum dalam sistem makroskopis. Terlihat oleh mata. Sebelumnya, efek ini tersembunyi di dalam molekul atau partikel subatom. Anda harus menyimpulkannya secara tidak langsung. Sekarang, Anda bisa menyaksikannya terjadi dalam skala yang lebih besar.
Dari Cornell ke Bell Labs
Penemuan ini tidak hanya bertahan di universitas. Osheroff pindah ke Bell Telephone Laboratories pada tahun 1972. Dia tinggal di sana selama satu dekade. Pada tahun 1982, dia mengepalai divisi penelitian benda padat dan suhu rendah. Dia memimpin upaya itu hingga tahun 1987.
Setelah Bell Labs, dia mengambil posisi mengajar di Universitas Stanford. Pekerjaan berlanjut. Pemahaman tentang sistem kuantum dalam materi massal semakin mendalam. Dan implikasinya terhadap teknologi dan teori terus berkembang.
