Tentang “Spin”

Ini adalah catatan tentang salah satu fenomena Fisika Kuantum. Catatan salah satu mata kulah yang paling saya gemari sampai saat ini. Meskipun secara detail dan konsep saya sadar, jikalau saya masih belum sepenuhnya mengerti. Tapi tidak masalah, saya hanya ingin berbagi ilmu dengan yang lain. Jika ada kesalahan ataupun kritik dari para pembaca yang mungkin lebih memahami, saya akan sangat menghargai hal itu. Daripada menyebarkan sesuatu yang ‘tidak benar’, saya lebih suka dihujani kritik dan koreksi.

Well, pembahasan kali ini berkaitan tentang ‘spin’. Umumnya diketahui oleh siswa SMA sebagai salah satu bilangan kuantum yang disimbolkan dengan tanda panah “ke atas” dan “ke bawah”. Hal ini untuk mempermudah pemahaman bagi para pelajar. Padahal ketika dikaji lebih dalam tentang “bagaimana”, “kenapa” dan “apa”, spin punya banyak cerita yang sebagian besar orang tidak tahu. Maka dari itu saya ingin berbagi beberapa hal itu.

Terlepas dari penurunan rumus matematis yang “tidak sederhana” itu, di sini akan saya coba jelaskan dengan sedikit penggunaan simbol matematis.

Dari Eksak ke Probabilitas

Okey, berawal sekitar tahun 1858-1950an. Waktu dimana fenomena-fenomena baru di dunia Fisika mulai bermunculan. Radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek Stark, efek Zeeman dan lain sebagainya, yang akhirnya mendorong para fisikawan menyepakati lahirnya fisika kuantum. Teori yang pada saat itu (bahkan mungkin sampai saat ini) sangat kontroversial. Sederhananya untuk menjelaskan fenomena-fenomena tersebut kita seperti dipaksa untuk mengubah cara pandang kita mengenal Fisika dari sesuatu yang “pasti” (deterministik) menjadi sesuatu yang “tidak pasti”. Karena, berbeda dengan fisika klasik, fisika kuantum berbicara tentang probabilitas atau kemungkinan sesuatu itu terjadi. Yah tentu saja hanya untuk kasus-kasus mikroskopik. Meski begitu, anggapan mendasar itu adalah sesuatu hal yang sangat fundamental hingga seorang Albert Einstein begitu menentang teori tersebut sampai akhir hayatnya, padahal karyanya sendiri justru malah mendorong berkembangnya fisika kuantum.

Stern-Gerlach

Khususnya tentang spin. Beberapa tahun pasca lahirnya fisika kuantum, pada tahun 1922 Stern-Gerlach melakukan percobaan terhadap atom hidrogen yang diberi medan magnet. Mereka ingin mengetahui bagaimana interaksi antara sebuah atom dengan medan magnet. Hasilnya, ternyata interaksi dengan medan magnet ‘memecah’ atom hidrogen tadi menjadi dua keadaan yang berbeda. Ini menunjukkan indikasi bahwa ada sifat intrinsik lain dari suatu atom yang mampu berinteraksi dengan medan magnet. Hal inilah  sebelumnya orang belum ketahui.

Dalam merekonstruksi hasil eksperimen tadi menjadi sebuah penafsiran fisika, para fisikawan menggunakan berbagai cara, namun pada saat itu ada beberapa kendala yang cukup kompleks dalam mengkaji hal tersebut.

Arti Fisis

Dalam keseharian, fenomena fisika diselesaikan dalam bentuk persamaan matematis. Namun, tidak sembarang matematis. Setiap persamaan, rumus, solusi dan lain sebagainya harus memenuhi fakta fisis yang terjadi di alam. Karena prosedur matematis menyediakan solusi dengan berbagai macam bentuk, namun kaidah fisika yang nantinya digunakan untuk menfilter mana solusi yang sesuai dengan alam. Well, fenomena fisika yang ditemui oleh Stern-Gerlach tersebut terbentur dalam masalah tentang arti fisis. Setelah sebelumnya sifat-sifat kuantum dari atom hidrogen ditemukan. Para fisikawan melihat perlunya satu tambahan sifat kuantum lagi untuk menjelaskan fenomena tersebut.

Spin

Setelah melalui belantara yang cukup lebat, para fisikawan akhirnya sepakat jikalau sifat kuantum tadi diberi mana ‘spin’. Suatu ‘sifat’ yang disimbolkan dalam bentuk matriks yang dinamakan operator Pauli. Yang kita pahami spin hanya mampu memiliki dua keadaan yang mungkin, yaitu ‘up’ dan ‘down’. Ini sekilas istilahnya untuk menyesuaikan dengan fakta dari percobaan Stern-Gerlach tadi. Perkara seperti apa detail pergerakan spin itu seperti apa, kita tidak tahu pasti. Yang terpenting, fenomena mampu dijelaskan dengan teori yang dipakai.

Kalo dibilang kurang puas, mungkin saja. Karena sampai saat ini, manusia masih diberi keterbatasan untuk mengetahui ‘rahasia’ dari suatu materi. Tapi jangan sampai keterbatasan yang kita miliki malah membuat kita menyerah. Kata salah seorang dosen “Jalan tetap harus dicari. Kalau misalnya pakai jalan ini gak ketemu, ya cari jalan lain.” Prinsipnya sangat sederhana, terkadang berhasil dan terkadang gagal. Yah, namanya juga belajar.

Dengan menambahkan efek spin, kontan membuat perhitungan semakin membengkak. Semuanya jadi semakin tidak sederhana. Terlebih setelah diamati lebih lanjut, efek spin juga ditafsirkan merupakan fenomena relativistik. Yang akhirnya melahirkan banyak cerita baru.

Mungkin sampai disini dulu cerita tentang spin. Lebih lanjut saya khawatir penjelasannya malah semakin tidak jelas dan bahkan mungkin keliru. Hehe Finally, semoga bisa dipahami dan bermanfaat buat yang membaca.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s