Tempat Terdingin di Alam Semesta

Sebagai sebuah resor pinggir pantai terkenal, Brighton yang terletak di sebelah selatan kota London mungkin tidak begitu berminat dikenal sebagai tempat paling dingin, bukan hanya di bumi tetapi di seluruh jagad raya. Namun itulah yang terjadi. (Gambar 1: Gumpalan awan atom-atom Rubidium – terdingin di alam semesta)

Satu sampel gas dalam sel kaca di sudut sebuah laboratorium fisika Universitas Sussex di pinggir pantai Brighton merupakan tempat terdingin di alam semesta. Gas dalam sel itu telah didinginkan sehingga suhunya hanya seperseratusan miliar derajat di atas suhu nol mutlak, suhu terdingin yang mungkin dicapai.

Dr Malcolm Boshier bersama dengan Aidan Arnold dan Calum MacCormick sedang menyelidiki sebuah teori Albert Einstein yang dikembangkan bersama Satyendra Bose, yang menyatakan bahwa atom-atom yang didinginkan mendekati suhu nol mutlak akan berkonglomerasi menjadi sebuah superatom.

Keadaan materi ini, yang dihasilkan pertama kali pada tahun 1995 dan dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein atau Bec, dapat dipakai untuk mengukur secara teliti besaran-besaran yang sebelumnya tidak diketahui.

Suhu rekor
According to Dr Boshier, "A Bec represents the tightest control you can have over atoms. We should be able to build devices that will be extremely sensitive to anything that affects an atom's energy levels, and that includes gravity.
Menurut Dr Boshier, kondensat Bose-Einstein (Bec) merepresentasikan kontrol paling ketat yang dapat dilakukan atas atom-atom. “Kita seharusnya mampu membuat alat yang sangat peka terhadap apa saja yang mempengaruhi tingkat-tingkat energi atom, termasuk gravitasi.”

Ditambahkannya, apa yang dicapai di Sussex (yaitu dihasilkannya Bec) akan memberikan efek pada atom sebagaimana laser memberikan efek pada cahaya.
Suhu rekor terendah ini, yang dicapai dengan segumpal awan atom-atom rubidium, mula-mula dicapai dengan mementalkan laser pada atom-atom itu sehingga menjadi dingin.

Atom-atom yang ditempatkan dalam ruang vakum itu lantas dijerat dalam suatu medan magnetis yang kuat sehingga hanya atom-atom paling panas yang dapat melarikan diri. Atom-atom yang tinggal dalam medan magnetis itulah yang membentuk Bec.

Dr Boshier menjelaskan bahwa suhu rekor paling dingin ini dapat dibayangkan dengan memvisualisasikan sebuah termometer (alat pengukur suhu) yang panjangnya sama dengan panjang kepulauan Inggris dengan garis suhu paling atas menandai suhu kamar. Suhu superdingin yang dihasilkan ini mewakili 1% dari ketebalan sehelai rambut pada dasar skala termometer tersebut.

Selain tercatat dalam buku-buku rekor, Bec mungkin mempunyai kegunaan praktis untuk menghasilkan jam-jam yang lebih akurat dan teknik-teknik mendeteksi sumber-sumber minyak menggunakan detektor yang sangat peka terhadap perubahan kecil dari gravitasi.

Tentang Suhu
Suhu terendah yang mungkin adalah suhu nol mutlak yang berharaga nol pada skala Kelvin atau -273.15ºC. Skala suhu absolut adalah Kelvin, untuk menghormati ahli fisika Lord Kelvin.

Gbr 2: Distribusi suhu ataom: puncak yang menyempit menunjukkan suhu yang lebih rendah

Suhu terendah yang pernah dicatat di bumi adalah -89ºC di Antartika; suhu ini sudah sangat dingin, tetapi belum begitu “dingin” dalam skala Kelvin, yaitu masih 184 K di atas suhu nol absolut.

Tempat terdingin dalam Tata Surya kita barangkali adalah Triton, sebuah bulan dari planet Neptunus. SuhuTriton adalah -235ºC (38 K). Pada suhu serendah ini dan pada tekanan rendah, nitrogen membeku.

Ruang angkasa jauh lebih dingin dari Triton. Vakum ruang angkasa tidaklah “hampa” melainkan mengandung radiasi dengan suhu tertentu. Arno Penzias dan Robert Wilson mendapat hadiah Nobel atas temuan mereka pada tahun 1964 bahwa angkasa luar berisi radiasi pada suhu 2.73 K. Radiasi ini merupakan sisa-sisa Dentuman Besar (Big Bang). Inilah suhu alam terendah yang berada jauh di angkasa luar sana.

Suhu Bec di Sussex adalah sejuta kali lebih dingin dari pada dinginnya angkasa luar.

Lebih Dingin Dalam Lab
Dalam laboratorium di bumi eksperimen-eksperimen suhu rendah biasanya dimulai dengan cairan kriogenik: nitorgen dan helium. Helium untuk pertama kalinya dicairkan pada tahun 1908 dan biasanya mendidih pada suhu 4.2 K.

Helium cair dalam didinginkan lebih lanjut dengan proses evaporasi dengan mengurangi tekanan di atasnya dengan pompa vakum yang kuat. Dengan menggunakan isotop jarang 3He (helium-tiga) cairan helium dapat mencapai suhu 0.3 K.

Dengan menggunakan campuran isotop-isotop Helium dan sebuah alat yang disebut refrijerator dilusi (dilution refrigerator) yang dikembangkan pertama kalinya di Manchester dan Moskow, suhu-suhu dingin sampai 0.002 K (2 mK = milikelvin) dapat dicapai.

Suhu-suhu lebih rendah dapat dicapai dengan menggunakan sifat-sifat magnetis inti atom seperti tembaga.

Helium cair pernah didinginkan hingga 90 mikrokelvin (microK = sepersejuta Kelvin) di Universitas Lancaster.

Terjemahan bebas dari: The coldest place in the Universe oleh BBC News Online Science Editor Dr David Whitehouse - news.bbc.co.uk (1999)