Menyambut Masa Depan dengan Laser Gamma

Mungkinkah ada lebih banyak alam semesta di luar sana, identik atau berbeda dari alam semesta kita? Yah, kami belum tahu.  

Walaupun menjadi konsep menonjol dalam MCU, teori multiverse Stephen Hawking, yang merupakan himpunan hipotetik semua alam semesta dengan ruang, waktu, materi, energi, dan hukum fisika masing‑masing, tetap belum terbukti, hanya ada di ranah film dan fisika teoretis.

Apa yang perlu kami buktikan keberadaannya adalah sebuah perangkat kuantum. Ini hanyalah sistem yang menggunakan efek mekanika kuantum untuk beroperasi, bergantung pada kontrol dan manipulasi interaksi kuantum untuk mencapai fungsi yang tidak mungkin pada sistem klasik.

Dalam fisika, quantum, bentuk tunggal dari quanta, adalah jumlah minimum dari entitas fisik apa pun. Misalnya, quantum cahaya adalah sebuah foton.

Sekarang, untuk mengungkap misteri alam semesta, kami membutuhkan perangkat kuantum khusus: laser gamma‑ray.

Perangkat hipotetik ini akan dapat menghasilkan sinar gamma koheren, mirip dengan cara laser biasa menghasilkan sinar cahaya tampak koheren. Sinar gamma (simbol γ) adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang menembus, yang muncul dari interaksi energi tinggi seperti peluruhan radioaktif inti atom. Ia juga muncul dari peristiwa astronomi seperti ledakan matahari. 

Sinar gamma terdiri dari gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang terpendek, lebih pendek daripada sinar X. Ia memiliki frekuensi di atas 30 exahertz dan panjang gelombang kurang dari 10 pikometer. Fotonnya juga memiliki energi foton tertinggi di antara semua bentuk radiasi elektromagnetik.

Beberapa tahun lalu, ilmuwan mendeteksi sinar gamma berenergi tertinggi yang pernah ada, 20 tera‑elektronvolt, yang kira‑kira sepuluh triliun kali energi cahaya tampak, dari bintang mati yang disebut pulsar. 

Akhir tahun lalu, para astrofisikawan menangkap gambar kilatan gamma‑ray dari lubang hitam supermasif M87.

Sumber Gambar: University of California

Awal tahun ini, deteksi multi‑sensor dari kilatan gamma‑ray intens teramati pada tabrakan dua pemimpin petir ¹. Ini merupakan pertama kalinya kilatan gamma‑ray terestrial (TGF) teramati bersamaan dengan pelepasan petir.

Teramati dalam berbagai fenomena kosmik, sinar gamma juga sedang dipelajari secara aktif dan diciptakan melalui eksperimen khusus.

Eksperimen Laser Gamma Ray dan Studi Kelayakan

Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang sangat menembus dan menawarkan beberapa keunggulan di berbagai bidang. 

Aplikasi potensialnya meliputi pencitraan medis, propulsi pesawat luar angkasa, pengobatan kanker, dan perjalanan antar‑bintang. Mengingat kemungkinan yang luas, ilmuwan di seluruh dunia sedang meneliti pembuatan laser gamma‑ray, atau graser, untuk menghasilkan sinar gamma koheren. 

Ilmuwan dari University of Rochester menerima pendanaan federal untuk itu, di mana mereka meneliti kelayakan sumber cahaya koheren.

Pada tahun 1980‑an, Gérard Mourou dan Donna Strickland di University of Rochester menemukan chirped pulse amplification (CPA), teknik yang meningkatkan daya puncak laser dan kemudian memenangkan Nobel Fisika 2018. Namun, mengembangkan laser yang menghasilkan sinar gamma belum tercapai. Untuk mengatasinya, mereka menyelidiki sifat koherensi radiasi yang dipancarkan ketika gugusan padat elektron bertabrakan dengan medan laser kuat, yang akan membantu mereka memahami cara menghasilkan sinar gamma koheren.

“Kemampuan menghasilkan sinar gamma koheren akan menjadi revolusi ilmiah dalam menciptakan sumber cahaya baru, serupa dengan bagaimana penemuan dan pengembangan sumber cahaya tampak serta sinar X mengubah pemahaman dasar kita tentang dunia atom.“

– Peneliti utama, Antonino Di Piazza & profesor fisika di universitas

Untuk mempelajari bagaimana elektron berinteraksi dengan laser untuk memancarkan cahaya berenergi tinggi, peneliti akan mulai melihat bagaimana satu atau dua elektron memancarkan cahaya sebelum menyelidiki situasi lebih rumit dengan banyak elektron untuk menghasilkan sinar gamma koheren. 

“Kami bukan ilmuwan pertama yang mencoba menciptakan sinar gamma dengan cara ini, kata Di Piazza pada waktu itu. “Tetapi kami melakukannya menggunakan teori kuantum penuh—elektrodinamika kuantum—yang merupakan pendekatan lanjutan untuk mengatasi masalah ini.“

Pendekatan lain dalam mengembangkan laser gamma‑ray mencakup eksitasi isomer nuklir. 

Sebuah makalah penelitian² dari beberapa bulan lalu menjelaskan metode untuk mengexcite inti isotop tertentu ke keadaan nuklir berenergi lebih tinggi. Dengan pengeboman neutron, inti isomerik diexcite ke keadaan isomerik metastabil sebelum memicu emisi terstimulasi sinar gamma untuk mencapai koherensi dari inti.

Metode baru mereka yang “agak tidak konvensional” bertujuan menyelesaikan ‘dilema Graser’ dengan menggeser kisi kristal selama pengeboman neutron. 

“Teknologi ini berpotensi menciptakan laser yang sangat kuat yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk senjata laser,” catat Yordan Katsarov dari Departemen Peralatan dan Teknologi Penerbangan, yang merupakan bagian dari Akademi Angkatan Udara Bulgaria Georgi Benkovski.

Sekarang, ilmuwan dari University of Colorado Denver telah menciptakan sebuah chip yang suatu hari dapat membuka kunci laser gamma‑ray.

Perangkat kuantum revolusioner ini, yang cukup kecil untuk muat di tangan, dapat menghasilkan medan elektromagnetik ekstrem yang sebelumnya hanya mungkin di kolider partikel raksasa. Chip seukuran ibu jari ini berpotensi menggantikan kolider partikel sepanjang mil dalam masa depan tidak terlalu jauh dan membantu kami mengungkap misteri mendalam alam semesta, menguji teori multiverse, serta menciptakan laser gamma‑ray kuat untuk menghancurkan sel kanker pada tingkat atom dan memungkinkan perawatan medis revolusioner lainnya.

Geser untuk menggulir →

Chip Kecil Membawa Impian Laser Gamma dalam Jangkauan

Diterbitkan dalam Advanced Quantum Technologies, jurnal yang mencakup riset teoretis dan eksperimental dalam ilmu kuantum, material, dan teknologi, penelitian terbaru³ menjadi sampul edisi Juni.

Seperti yang dicatat dalam studi, konkonsasi nanometrik energi elektromagnetik dimungkinkan menggunakan plasmon.

Plasmon adalah quantum osilasi plasma, yang merupakan osilasi cepat kepadatan elektron dalam plasma atau logam. Kuasipartikel ini terbentuk dari osilasi kolektif gas elektron pita konduksi.

Dan “plasmon ekstrem membuka kemungkinan tak tertandingi, termasuk akses ke medan Petavolt per meter (PV/m) yang belum pernah terjadi sebelumnya,” yang merupakan medan listrik sangat tinggi, yang dalam studi dicatat, “membuka peluang baru yang luas, termasuk dalam fisika partikel dan ilmu foton melalui konkonsasi nanometrik energi elektromagnetik skala besar.”

Jadi, peneliti telah mengembangkan model analitis kelas plasmon ini berdasarkan kerangka kerja kinetik kuantum.

Terobosan terbaru ini dibuat di University of Colorado Denver dengan tujuan merevolusi pemahaman kami tentang fisika dan kimia.

“Ini sangat menarik karena teknologi ini akan membuka seluruh bidang studi baru dan memiliki dampak langsung pada dunia.”

– Aakash Sahai, Asisten Profesor Teknik Elektro di CU Denver

Sahai, bersama Kalyan Tirumalasetty, mahasiswa di laboratoriumnya yang bekerja pada teknologi ini bersamanya, semakin dekat memberikan komunitas ilmiah alat baru untuk membantu mengubah fiksi ilmiah menjadi kenyataan.

“Di masa lalu, kami telah mengalami terobosan teknologi yang mendorong kami maju, seperti struktur sub‑atomik yang melahirkan laser, chip komputer, dan LED. Inovasi ini, yang juga berbasis pada ilmu material, berada pada jalur yang sama,” tambah Sahai, yang memiliki PhD dalam fisika plasma dari Duke University dan gelar master dalam teknik elektro dari Stanford University.

Apa yang telah dicapai dalam studi ini adalah cara menciptakan medan elektromagnetik ekstrem di laboratorium yang sebelumnya tidak mungkin.

Medan elektromagnetik ini memberi daya pada segala hal mulai dari chip komputer kami hingga akselerator partikel super, yang mempercepat dan menabrak partikel subatomik pada energi sangat tinggi untuk memperoleh wawasan tentang sifat materi, energi, dan alam semesta awal.

Ketika elektron dalam material bergetar dan memantul pada kecepatan sangat tinggi, medan elektromagnetik ini tercipta.

Namun, menciptakan medan yang cukup kuat untuk melakukan eksperimen lanjutan memerlukan fasilitas yang sangat besar dan mahal.

Misalnya, ilmuwan yang meneliti materi gelap menggunakan mesin seperti Large Hadron Collider (LHC) di European Organization for Nuclear Research, CERN, yang merupakan laboratorium fisika partikel terbesar di dunia yang terletak di Swiss. LHC adalah akselerator partikel paling kuat di dunia, melibatkan cincin sepanjang 16,7 mil (27 kilometer) magnet superkonduktor dengan beberapa struktur percepatan untuk meningkatkan energi partikel sepanjang lintasannya.

Melakukan eksperimen pada skala sebesar itu memerlukan sumber daya yang masif. Tidak hanya sangat mahal, tetapi juga sangat volatil.

Untuk mengatasi masalah ini, laboratorium Sahai membangun material berbasis silikon (Si) yang menyerupai chip, berukuran sebesar ibu jari Anda.

Silikon adalah semikonduktor yang sifatnya (konduktivitas listrik) dapat diubah dengan menambahkan impuritas (doping) dan digunakan untuk memproduksi mikrochip yang ditemukan dalam perangkat sehari‑hari seperti ponsel, serta mobil self‑driving.

Material chip‑like baru ini dapat menangani berkas partikel berenergi tinggi dan mengontrol aliran energi. Ia juga memungkinkan ilmuwan dan peneliti mengakses medan elektromagnetik yang diproduksi oleh getaran atau osilasi gas elektron kuantum. Semua ini dicapai dalam ruang yang sangat kecil.

Gerakan cepat (osilasi) menciptakan medan elektromagnetik, sementara teknik Sahai memungkinkan material mengelola aliran panas yang dihasilkan oleh getaran dan membantu menjaga sampel tetap stabil dan utuh.

“Memanipulasi aliran energi tinggi semacam ini sambil mempertahankan struktur material yang mendasarinya adalah terobosan. Terobosan teknologi ini dapat membuat perubahan nyata di dunia. Ini tentang memahami cara kerja alam dan menggunakan pengetahuan itu untuk memberikan dampak positif bagi dunia.”

– Tirumalasetty

Teknologi mereka berpotensi memperkecil kolider panjang menjadi sebuah chip dan memungkinkan ilmuwan melihat aktivitas seperti belum pernah sebelumnya.

Universitas telah mengajukan dan memperoleh paten sementara atas teknologi ini, baik di AS maupun secara internasional.

Aplikasi praktis dan dunia nyata dari teknologi ini, bagaimanapun, akan memakan tahun untuk terwujud. 

Faktanya, sebagian pekerjaan dasar teknologi ini dimulai tujuh tahun yang lalu pada 2018, ketika Sahai menerbitkan penelitiannya tentang akselerator antimatéria. Ia berkata:

“Akan memakan waktu, tetapi dalam hidup saya, sangat mungkin.”

Dengan demikian, teknologi ini memiliki potensi besar membantu kami lebih memahami cara kerja alam semesta pada skala fundamental dan dengan demikian meningkatkan kualitas hidup. Seperti yang dicatat Sahai, ini juga dapat mewujudkan laser gamma‑ray.

“Kami dapat memperoleh pencitraan jaringan hingga tidak hanya inti sel tetapi hingga inti atom yang mendasarinya. Itu berarti ilmuwan dan dokter dapat melihat apa yang terjadi pada tingkat nuklir, dan itu dapat mempercepat pemahaman kami tentang gaya besar yang mendominasi pada skala sekecil itu sekaligus menghasilkan perawatan medis dan penyembuhan yang lebih baik,” jelasnya. “Akhirnya, kami dapat mengembangkan laser gamma untuk memodifikasi inti dan menghilangkan sel kanker pada tingkat nano.”

Teknik ‘plasmon ekstrem’, yang juga menjadi judul studi, dapat membantu kami menguji kemungkinan multiverse.

Pekerjaan pada chip kecil belum selesai. Baik Sahai maupun Tirumalasetty kini akan fokus menyempurnakan material chip‑silicon dan teknik laser di SLAC National Accelerator Laboratory, fasilitas kelas dunia yang dioperasikan oleh Stanford University dan didanai oleh Departemen Energi AS (DOE), tempat teknologi tersebut diuji.

Mensimulasikan Vakum Kuantum dengan Laser Ultra‑Perkuat

Jadi, seperti yang kita lihat, dari kosmos hingga laboratorium, pemahaman kita tentang cahaya paling ekstrem di alam semesta berkembang dengan cepat. 

Kami telah menangkap ledakan sinar gamma dari pulsar jauh, menyaksikan kilatan lubang hitam supermasif dalam kemuliaan energi tinggi, bahkan merekam tabrakan mirip petir yang menghasilkan kilatan gamma terestrial. Sekarang, kami belajar menciptakan kondisi serupa di Bumi. 

Beberapa bulan lalu, fisikawan di University of Oxford mensimulasikan bagaimana berkas laser intens dapat menghasilkan cahaya di mana tidak ada cahaya, mengubah konsep teoretis menjadi kenyataan. 

Apa yang berhasil dilakukan para fisikawan adalah mereka berhasil menciptakan, untuk pertama kalinya, simulasi 3D tentang seberapa intens berkas laser dapat memengaruhi dan mengubah vakum kuantum.

Diterbitkan dalam Communications Physics, studi⁴ menjelaskan penggunaan pemodelan komputasi lanjutan untuk mensimulasikan bagaimana laser kuat berinteraksi dengan vakum kuantum, mengungkap dalam prosesnya bagaimana foton memantul satu sama lain dan menghasilkan berkas cahaya baru.

Simulasi tersebut mereproduksi pencampuran empat‑gelombang vakum (FWM), fenomena yang diprediksi oleh fisika kuantum yang menyatakan bahwa gabungan medan elektromagnetik tiga pulsa laser terfokus dapat mempolarisasi pasangan virtual elektron‑positron vakum, menghasilkan berkas laser baru dalam proses yang disebut ‘cahaya dari kegelapan’. 

“Ini bukan sekadar rasa ingin tahu akademik – ini adalah langkah besar menuju konfirmasi eksperimental efek kuantum yang hingga kini sebagian besar masih teoretis.”

– Peter Norreys, co‑author studi dan profesor di University of Oxford

Simulasi dijalankan menggunakan versi lanjutan dari perangkat lunak simulasi (OSIRIS), yang memodelkan interaksi berkas laser dengan plasma atau materi.

“Program komputer kami memberi kami jendela 3D beresolusi waktu ke interaksi vakum kuantum yang sebelumnya tidak dapat dijangkau. Dengan menerapkan model kami pada eksperimen hamburan tiga berkas, kami dapat menangkap seluruh spektrum tanda kuantum, beserta wawasan detail tentang wilayah interaksi dan skala waktu utama.”

– Zixin (Lily) Zhang, penulis utama studi & mahasiswa doktoral di Departemen Fisika Oxford

Model ini digunakan peneliti untuk merancang eksperimen dunia nyata, seperti bentuk laser dan penjadwalan pulsa. Lebih jauh lagi, simulasi dapat memberikan wawasan baru tentang bagaimana bahkan asimetri kecil dalam geometri berkas dapat mengubah hasil dan bagaimana interaksi berkembang secara real‑time.

Selain membantu merencanakan eksperimen laser energi tinggi masa depan, tim percaya alat ini juga dapat membantu mencari tanda partikel sub‑atomik hipotetik seperti aksion, kandidat utama materi gelap.

“Berbagai eksperimen yang direncanakan di fasilitas laser paling maju akan sangat terbantu oleh metode komputasi baru kami yang diimplementasikan dalam OSIRIS,” kata co‑author Luis Silva, Profesor di Instituto Superior Tecnico, University of Lisbon. “Kombinasi laser ultra‑intens, deteksi mutakhir, serta pemodelan analitis dan numerik canggih menjadi fondasi era baru interaksi laser‑materi, yang akan membuka cakrawala baru bagi fisika fundamental.”

Berinvestasi dalam Teknologi Laser

Mengingat laser gamma‑ray belum terwujud, kami akan meneliti potensi investasi perusahaan yang bergerak dalam teknologi laser umum. 

L3Harris Technologies (LHX ) adalah pemain utama dalam fotonik canggih dan sistem laser energi tinggi untuk pertahanan dan dirgantara. Perusahaan memproduksi berbagai sistem laser, yang dikenal karena ukuran kompak dan kinerja tinggi. 

Dengan kapitalisasi pasar $50,7 miliar, saham LHX saat ini diperdagangkan pada $272,31, naik 29% YTD. Baru-baru ini bulan ini, saham perusahaan mencapai rekor tertinggi pada $280,52, naik lebih dari 45% sejak terendah pada April. Dengan itu, EPS (TTM) adalah 8,96, dan P/E (TTM) adalah 30,27.

Pemegang saham LHX dapat menikmati dividen sebesar 1,77%.

Berkenaan dengan keuangan perusahaan, L3Harris Technologies melaporkan pendapatan $5,4 miliar dan pesanan $8,3 miliar untuk Q2 2025. Margin operasional perusahaan adalah 10,5% dan margin operasional segmen yang disesuaikan adalah 15,9%. EPS terdilusi, sementara itu, mencapai $2,44, sementara peningkatan 16% pada EPS terdilusi non‑GAAP menempatkannya pada $2,78.