Batas Suhu Terdingin di Alam Semesta yang hingga Kini Menjadi Misteri

Nol mutlak, setara dengan -273,15°C, adalah batas suhu yang dapat didekati manusia menggunakan teknik pendinginan kuantum modern.

Dalam fisika, nol mutlak, setara dengan 0 Kelvin (K), atau −273,15°C, adalah batas suhu terendah pada skala suhu Kelvin.

Di dekat tingkat ini, gerak termal partikel materi berkurang hingga minimum yang diizinkan oleh mekanika kuantum. Namun, ini tidak berarti bahwa semua partikel benar-benar diam.

Bahkan dalam keadaan dasar, sistem kuantum masih dapat memiliki energi titik nol, manifestasi hukum kuantum yang berbeda dari intuisi umum.Menariknya, nol mutlak bukan sekadar suhu yang sangat dingin yang belum mampu dicapai manusia.

Menurut hukum termodinamika ketiga, mustahil untuk membawa suatu sistem fisik ke suhu tepat 0 K menggunakan serangkaian proses termodinamika konvensional yang terbatas.

Semakin dekat seseorang dengan batas ini, semakin sulit untuk menghilangkan energi termal tambahan. Para ilmuwan dapat mencapai suhu yang sangat rendah, tetapi menyentuh nol mutlak secara tepat adalah masalah yang sama sekali berbeda.Salah satu metode pendinginan yang paling efektif adalah menggunakan laser untuk memperlambat pergerakan atom. Ini terdengar paradoks, karena laser biasanya dikaitkan dengan panas, tetapi ketika disetel dengan tepat, foton dapat memberikan momentum ke arah yang berlawanan dengan pergerakan atom, menyebabkan atom tersebut melambat.

Dikombinasikan dengan perangkap magnetik dan teknik pendinginan lainnya, para ilmuwan dapat menurunkan suhu awan atom hingga hanya beberapa miliar Kelvin di atas nol mutlak. Dalam kondisi ini, materi dapat membentuk kondensat Bose-Einstein, suatu keadaan di mana banyak atom menunjukkan sifat kuantum kolektif.

Sebuah tonggak penting tercatat pada tahun 2018 dan dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Letters pada tahun 2021: kelompok riset QUANTUS di Jerman berhasil menurunkan suhu gas rubidium hingga sekitar 38 pikokelvin, atau 38 triliun kelvin di atas nol mutlak.

Eksperimen ini menggunakan Menara Bremen untuk menciptakan kondisi mikrogravitasi dalam waktu singkat, memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari ekspansi awan atom. Pencapaian ini menunjukkan bahwa manusia dapat mendekati batas suhu alami tanpa mendinginkan benda-benda besar dengan cara konvensional.

Yang mengejutkan, suhu terendah di alam tidak selalu ditemukan di sudut-sudut terpencil alam semesta. Nebula Boomerang, yang terletak sekitar 5.000 tahun cahaya dari Bumi, memiliki suhu sekitar 1 K, lebih dingin daripada radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik sekitar 2,7 K.

Sementara itu, laboratorium di Bumi telah menciptakan sistem atom dengan suhu yang jauh lebih rendah. Oleh karena itu, perlombaan untuk mendekati nol mutlak bukan hanya tentang mencetak rekor, tetapi juga tentang membuka peluang untuk penelitian dalam mekanika kuantum, mengembangkan sensor yang sangat sensitif, dan meningkatkan teknologi penunjuk waktu.