Kini, Prinsip Ketidakpastian Heinsenberg ‘Sedikit’ Diragukan oleh Para Ilmuwan

Eksperimen yang dilakukan di University of Toronto telah menyebabkan aspek fundamental dari prinsip ketidakpastian Heisenberg  dalam keraguan. Selama beberapa dekade, telah dipercaya bahwa kita  tidak mungkin dapat mengukur keadaan kuantum tanpa menyebabkan ketidakpastian – tapi sekarang, kita tidak begitu yakin tentang itu.

Untuk sementara penemuan baru ini tidak membatalkan prinsip ketidakpastian secara keseluruhan, hal ini menunjukkan bahwa aspek-aspek tertentu dari dugaan Heisenberg mungkin perlu direvisi.

Werner Heisenberg

Prinsip ketidakpastian Werner Heisenberg yang dirumuskan oleh fisikawan teoritis pada tahun 1927, merupakan salah satu pilar dari mekanika kuantum. Prinsip ketidakpastian Heisenberg merupakan komponen yang terpadu dalam fisika kuantum. Di antara semua keanehan yang  teramati pada skala mikroskopik, Heisenberg terkenal karena mengamati  posisi dan momentum sebuah partikel tidak dapat diukur secara simultan, dengan tingkat presisi (ketelitian) yang berarti. Hal ini mendorongnya untuk menempatkan prinsip ketidakpastian, pernyataan bahwa hanya ada begitu banyak yang dapat kita ketahui tentang sebuah sistem kuantum, yaitu momentum partikel dan posisi.

Kini, prinsip ketidakpastian menggambarkan proses yang bercabang. Pertama, ketepatan pengukuran yang perlu dipertimbangkan; dan kedua, tingkat ketidakpastian atau gangguan, hal itu pasti tecipta. Kedua aspek  inilah yang  fisikawan kuantum sebut sebagai “hubungan pengukuran-gangguan,” dan itu adalah daerah yang  belum tereksplorasi atau terbukti secara memadai opleh para ilmuwan.

Sampai titik ini, fisikawan kuantum sudah cukup percaya diri terhadap  kemampuan mereka untuk  memprediksi dan mengukur tingkat gangguan yang disebabkan oleh pengukuran. Pemikiran konvensional adalah bahwa pengukuran akan selalu menyebabkan gangguan terprediksi dan konsisten – tetapi sebagai penelitian dari Toronto menunjukkan, hal ini tidak selalu terjadi. Tidak semua pengukuran, tampaknya, akan menyebabkan efek seperti yang diprediksi oleh Heisenberg dan persamaan rapi yang telah mengikuti teorinya. Selain itu, ambiguitas yang dihasilkan tidak selalu disebabkan oleh pengukuran itu sendiri.

Para peneliti, tim yang dipimpin oleh Lee Rozema dan Aephraim Steinberg, secara  eksperimen teramati pelanggaran yang jelas dalam hubungan pengukuran-gangguan  Heisenberg. Mereka melakukan ini dengan menerapkan apa yang mereka sebut “pengukuran lemah” untuk mendefinisikan sebuah sistem kuantum sebelum dan setelah berinteraksi dengan alat pengukuran mereka – tidak cukup untuk mengganggu, tapi cukup untuk mendapatkan style dasar dari orientasi foton.

Kemudian, dengan menetapkan delta pengukuran, dan kemudian menerapkan dengan yang lebih kuat dan pengukuran yang lebih mengganggu, tim mampu menentukan bahwa mereka tidak mengganggu sistem kuantum dimana tingkat  prinsip ketidakpastian diprediksi. Dan pada kenyataannya, gangguannya adalah setengah dari apa yang biasanya dipetkirakan.

Kami merancang suatu alat untuk mengukur properti – polarisasi -. Dari foton tunggal. Kemudian kami harus  mengukur berapa banyak peralatan yang terganggu foton tersebut,” kata Lee Rozema, seorang kandidat Ph.D.  dalam kelompok U of  T penelitian optik kuantum Profesor Aephraim Steinberg , dan penulis utama studi yang dipublikasikan minggu ini di Physical Review Letters.

“Untuk melakukan ini, kita harus mengukur foton sebelum peralatan tersebut, tetapi pengukuran itu juga akan mengganggu foton,” kata Rozema.

Untuk mengatasi rintangan ini, Rozema dan rekan-rekannya menggunakan teknik yang dikenal sebagai pengukuran yang lemah dimana aksi dari alat pengukur cukup lemah sehingga memiliki dampak tak terlihat pada sesuatu yang sedang diukur. Sebelum setiap foton dikirim ke alat pengukuran, para peneliti mengukurnya secara lemah dan kemudian diukur lagi sesudahnya, kemudian hasilnya dibandingkan. Mereka menemukan bahwa gangguan yang disebabkan oleh pengukuran ini lebih sedikit daripada ketelitian-hubungan gangguan  Heisenberg

Mikroskop sinar gamma Heisenberg untuk mencari sebuah elektron (ditampilkan dalam warna biru). Sinar gamma masuk (ditampilkan dalam warna hijau) tersebar oleh elektron ke dalam sudut aperture mikroskop ¸. Penyebaran sinar gamma ditampilkan dalam warna merah. Optik klasik menunjukkan bahwa posisi elektron dapat diselesaikan hanya sampai ke “x ketidakpastian yang tergantung pada ¸ dan panjang gelombang » cahaya yang masuk. [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)

“Setiap tembakan hanya memberi kami sedikit informasi tentang gangguan, tetapi dengan mengulangi percobaan berkali-kali, kita bisa mendapatkan ide yang sangat bagus tentang seberapa banyak foton itu terganggu,” kata Rozema.Penemuan ini membangun tantangan baru untuk prinsip Heisenberg oleh para ilmuwan di seluruh dunia.

Fisikawan dari Nagoya University, Masanao Ozawa menyarankan pada tahun 2003 bahwa prinsip ketidakpastian Heisenberg tidak berlaku untuk pengukuran, tetapi hanya bisa menyarankan cara tidak langsung untuk mengkonfirmasi prediksi. Sebuah validasi semacam ini yang ia usulkan dilakukan tahun lalu oleh kelompok Yuji Hasegawa di Universitas Teknologi Wina.

Pada tahun 2010, ilmuwan dari Griffith University,  Austin Lund dan Howard Wiseman menunjukkan bahwa pengukuran yang lemah dapat digunakan untuk mengkarakterisasi proses pengukuran sistem kuantum. Namun, masih ada kendala untuk membersihkan sebagaimana ide mereka, secara efektif diperlukan sebuah komputer kuantum kecil, yang sulit untuk dibuat.”Di masa lalu, kami telah bekerja baik secara eksperimental pada pelaksanaan pengukuran yang lemah, dan menggunakan teknik yang disebut ‘keadaan cluster  komputasi kuantum’ untuk menyederhanakan membangun komputer kuantum. Kombinasi dari kedua gagasan menyebabkan kesadaran bahwa ada cara untuk menerapkan Lund dan ide-ide Wiseman di laboratorium, “kata Rozema.

Hal ini sering diasumsikan bahwa prinsip ketidakpastian Heisenberg berlaku untuk kedua ketidakpastian intrinsik yang sistem kuantum harus miliki, sebagaimana  pengukuran. Hasil ini menunjukkan bahwa hal ini tidak terjadi dan menunjukkan tingkat presisi yang dapat dicapai dengan teknik pengukuran lemah.”Hasil penelitian memaksa kita untuk menyesuaikan pandangan kita tentang apa yang membatasi tempat mekanik kuantum dalam pengukuran,” kata Rozema. “Batasan ini penting untuk mekanika kuantum dasar dan juga pusat dalam mengembangkan teknologi ‘kriptografi kuantum’, yang bergantung pada prinsip ketidakpastian untuk menjamin bahwa setiap eavesdropper akan terdeteksi karena gangguan yang disebabkan oleh pengukurannya.”Tapi perlu dicatat, kekhasan dalam fisika kuantum ini tidak membatalkan prinsip dasar dari prinsip ketidakpastian, kita masih belum bisa mengetahui sistem kuantum dengan kepastian yang tepat.

Mahasiswa pascasarjana optika kuantum University of Toronto, Dylan Mahler (l) and Lee Rozema (r) menyiapkan pasangan foton yang dilibatkan untuk mempelajari gangguan yang dialami foton setelah mereka diukur . Pasangan ini adalah bagian dari tim yang mendemonstrasikan tingkat ketepatan yang bisa dicapai dengan teknik pengukuran lemah yang menyebabkan perlunya koreksi terhadap Pinsip ketidakpastian Heisenberg. (Credit: Dylan Mahler, University of Toronto)

Seperti yang dikatakan Steinberg  kepada Berita Nature, “Eksperimen menunjukkan bahwa tindakan pengukuran tidak selalu  yang menyebabkan ketidakpastian. Jika sudah ada banyak ketidakpastian dalam sistem, maka tidak perlu kebisingan dari pengukuran sama sekali. ”

“Dunia kuantum masih penuh ketidakpastian, tapi setidaknya upaya kita untuk melihat hal itu tidak perlu menambah ketidakpastian sebanyak yang kita digunakan untuk berpikir!”Penemuan ini ini dilaporkan dalam makalah “Pelanggaran Pengukuran-Gangguan Hubungan Heisenberg – oleh Pengukuran lemah.” Penelitian ini didukung oleh dana dari Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada dan Institut Kanada untuk penelitian lebih lanjut.
Sumber:

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s