Brikolase.com – Terowongan kuantum (quantum tunneling) adalah fenomena mekanika kuantum ketika partikel menembus penghalang energi yang mustahil secara klasik.
Pada tahun 2025, Hadiah Nobel Fisika dianugerahkan kepada John Clarke, Michel H. Devoret, dan John M. Martinis atas penemuan terowongan kuantum dalam skala makroskopis (macroscopic quantum mechanical tunnelling) yang berhasil mereka demonstrasikan melalui sirkuit listrik superkonduktor berukuran cukup besar.
Fenomena terowongan quantum selama ini dianggap hanya muncul di dunia partikel subatomik. Namun penemuan mereka membuktikan dunia kuantum tidak berhenti di skala mikroskopis. Ia juga hadir dalam skala makroskopis untuk pengembangan teknologi masa depan seperti komputer kuantum.
Apa itu Terowongan Kuantum?
Secara sederhana, terowongan kuantum adalah fenomena ketika partikel bisa menembus penghalang energi yang seharusnya mustahil ditembus menurut fisika klasik.
Ibarat bola yang kurang tenaga untuk melewati bukit, tetapi tiba-tiba ditemukan berada di sisi lain bukit, tanpa pernah melompatinya.
Daniel Thompson dalam Physics Journal (2024) menjelaskan, “Quantum tunneling adalah fenomena mekanika kuantum di mana partikel melewati penghalang potensial yang tidak dapat ditembus secara klasik.”
Fenomena ini terjadi karena sifat gelombang partikel. Menurut mekanika kuantum, setiap partikel tidak hanya berupa titik materi tetapi memiliki fungsi gelombang. Gelombang inilah yang memungkinkan probabilitas keberadaan partikel di wilayah yang secara klasik terlarang.
Trixler dalam jurnal Current Organic Chemistry (2013) menyebut bahwa fenomena ini bisa dijelaskan secara matematis menggunakan Persamaan Schrödinger. Ketika partikel seperti elektron menghadapi penghalang energi, sebagian fungsi gelombangnya memang teredam, tetapi tidak langsung menjadi nol.
Alhasil masih ada probabilitas partikel muncul di sisi lain penghalang, itulah yang disebut tunneling.
Terowongan Kuantum dalam Teknologi dan Kehidupan
Terowongan kuantum bukan teori abstrak. Ia digunakan dalam teknologi nyata seperti Scanning Tunneling Microscope (STM), alat yang mampu memotret permukaan hingga skala atom.
STM bekerja dengan memanfaatkan elektron yang menembus celah kecil antara ujung jarum logam dan permukaan sampel. Kepekaan ekstrem STM berasal dari sifat eksponensial probabilitas tunneling terhadap jarak.
Quantum tunneling bukan fenomena langka. Faktanya, ia berperan di seluruh alam semesta, dari kelahiran bintang hingga reaksi biologis dalam tubuh manusia.
1. Tanpa Quantum Tunneling, Matahari Tidak Akan Bersinar
Reaksi fusi nuklir di inti Matahari tidak cukup energi untuk melawan gaya tolak inti atom. Jadi bagaimana Matahari memproduksi energi?
Jawabannya adalah proton dalam inti bintang melakukan quantum tunneling sehingga fusi dapat terjadi. Tanpa tunneling, Matahari padam dan kehidupan mustahil ada.
2. Quantum Tunneling Ada di Radioaktivitas
Fenomena peluruhan alfa pada Uranium dan Thorium, sumber panas bumi dan energi radiogenik, terjadi karena inti helium menembus dinding inti atom melalui tunneling.
Fenomena ini bahkan menjadi sumber panas bagi dunia seperti Enceladus dan Titan yang dipelajari NASA. Alpha decay terjadi karena partikel helium menembus penghalang nuklir melalui quantum tunneling.
3. Pembentukan Molekul Kehidupan di Ruang Angkasa
Dalam ruang antarbintang yang sangat dingin, reaksi kimia seharusnya mustahil. Namun molekul seperti hidrogen (H₂), air (H₂O), dan formaldehida (H₂CO) tetap terbentuk.
Itu terjadi karena atom hidrogen menggunakan quantum tunneling untuk bereaksi dalam suhu 10 Kelvin.
4. Tunneling dalam Biologi, Termasuk DNA
Penelitian terbaru menunjukkan mutasi genetik spontan dalam DNA berasal dari tunneling proton yang mengubah pasangan basa.
Mutasi titik dalam DNA dapat dijelaskan melalui proton tunneling antarpasangan basa (Löwdin model). Bahkan sistem perbaikan DNA menggunakan tunneling elektron melalui protein fotoliyase.
5. Kunci Teknologi Masa Depan: Komputer Kuantum
Penelitian Nobel 2025 menunjukkan tunneling terjadi bahkan pada sirkuit listrik makroskopik. Fenomena ini menjadi fondasi qubit dalam komputer kuantum.
Bahkan Daniel Thompson menulis, “Quantum tunneling penting untuk pengembangan komputasi kuantum dan stabilitas qubit.”***
Bacaan terkait
Pemred Media Brikolase
Editor in chief
Email:
yongky@brikolase.com / yongky.g.prasisko@gmail.com