Para ilmuwan menghasilkan ‘gravitasi palsu’ menggunakan kristal fotonik

Para ilmuwan telah memanipulasi cahaya agar berperilaku seolah-olah dipengaruhi oleh gravitasi menggunakan kristal fotonik yang dapat diubah bentuknya, sehingga membuka kemajuan dalam bidang optik dan komunikasi 6G.

Memanipulasi perilaku cahaya dengan gravitasi palsu

Sekelompok peneliti kolaboratif telah memanipulasi perilaku cahaya seolah-olah berada di bawah pengaruh gravitasi. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Pemeriksaan fisik a pada tanggal 28 September 2023, akan berdampak luas bagi dunia ilmu optik dan material, serta memiliki arti penting dalam pengembangan komunikasi 6G.

Citra konseptual kristal fotonik yang dapat dideformasi dan kristal fotonik. Kredit: K. Kitamura dkk.

Teori Einstein dan gravitasi palsu

Teori relativitas Albert Einstein telah lama membuktikan bahwa jalur gelombang elektromagnetik—termasuk gelombang elektromagnetik cahaya dan terahertz—dapat dibelokkan oleh medan gravitasi. Para ilmuwan baru-baru ini meramalkan secara teoritis bahwa mereplikasi efek gravitasi – yaitu gravitasi semu – dimungkinkan dengan mendeformasi kristal di wilayah energi (atau frekuensi) rendah.

“Kami mulai mengeksplorasi apakah distorsi kisi pada kristal fotonik dapat menghasilkan efek gravitasi semu,” kata Profesor Kyoko Kitamura dari Sekolah Pascasarjana Teknik Universitas Tohoku.

Setup eksperimental dan hasil simulasi jalur pancaran di DPC. Kredit: © K. Kitamura dkk.

Peran kristal fotonik

Kristal fotonik memiliki sifat unik yang memungkinkan para ilmuwan memanipulasi dan mengendalikan perilaku cahaya, bertindak sebagai “pengatur lalu lintas” cahaya di dalam kristal. Mereka dibangun dengan mengatur secara berkala dua atau lebih bahan berbeda dengan kemampuan berbeda untuk berinteraksi dan memperlambat cahaya dalam pola yang teratur dan berulang. Selain itu, efek gravitasi semu akibat perubahan adiabatik telah diamati pada kristal fotonik.

Kitamura dan rekan-rekannya memodifikasi kristal fotonik dengan memperkenalkan distorsi kisi: distorsi bertahap pada ruang teratur antar elemen, mengganggu pola kristal proton yang mirip kisi. Hal ini memanipulasi struktur pita cahaya kristal, menghasilkan jalur sinar melengkung di tengahnya – seperti sinar cahaya yang melewati benda angkasa masif seperti Lubang hitam.

Hasil percobaan dengan perbedaan transmisi antara port B dan C jelas menunjukkan pembengkokan berkas pada DPC. Kredit: K. Kitamura dkk.

Detail percobaan dan implikasinya

Secara khusus, dalam percobaan mereka, para ilmuwan menggunakan kristal fotonik silikon yang dapat dideformasi dengan konstanta kisi dasar 200 mikrometer dan gelombang terahertz. Eksperimen telah berhasil menunjukkan pembelokan gelombang ini.

“Sama seperti gravitasi yang membelokkan jalur suatu benda, kami telah menemukan cara untuk membelokkan cahaya di dalam material tertentu,” tambah Kitamura. “Pengarah sinar dalam pesawat dalam rentang terahertz dapat dimanfaatkan dalam komunikasi 6G. Secara akademis, hasilnya menunjukkan bahwa kristal fotonik dapat memanfaatkan efek gravitasi, membuka jalur baru di bidang fisika graviton,” kata Associate Professor Masayuki Fujita dari Universitas Osaka.

Referensi: “Difraksi Gelombang Elektromagnetik oleh Gravitasi Pseudo pada Kristal Fotonik yang Dapat Berubah Bentuk” oleh Kanji Nanjyo, Yuki Kawamoto, Hitoshi Kitagawa, Daniel Hedland, Masayuki Fujita, dan Kyoko Kitamura, 28 September 2023, Pemeriksaan fisik a.
doi: 10.1103/PhysRevA.108.033522