Bayangkan segelas bir. Perhatikan gelembungnya naik.
Bentuknya seperti bola kecil. Mereka punya bentuk. Mereka punya ukuran. Mereka bahkan bertabrakan satu sama lain dan terpental. Tapi lihat lebih dekat. Gelembung sebenarnya bukan benda. Itu sebuah lubang. Ini adalah ruang kosong di mana bir seharusnya berada, disingkirkan oleh karbon dioksida. Gelembung merupakan suatu gangguan pada zat cair. Namun, untuk semua maksud dan tujuan, ia bertindak seperti sebuah objek.
Inilah ide inti di balik kuasipartikel.
Dalam fisika, materi bukan sekadar kumpulan batu bata padat. Itu adalah sebuah media. Sup ladang dan kekuatan yang padat dan saling berinteraksi. Saat Anda mengganggu sup tersebut, gangguan tersebut dapat berperilaku seperti sebuah partikel. Itu membawa energi. Ini membawa momentum. Ini memiliki ukuran yang ditentukan. Ia tidak perlu menjadi bahan penyusun fundamental seperti elektron atau quark untuk dapat bertindak seperti itu.
Ilusi individualitas
Analogi gelembung bir itu kasar, tetapi berhasil. Gelembung tersebut mempertahankan identitasnya saat bergerak melalui cairan. Ini berinteraksi dengan gelembung lain. Itu mengapung. Partikel kuasi melakukan hal yang sama di dalam suatu material.
Ambil phonon. Itu bukanlah partikel yang dapat Anda pegang. Ini adalah getaran terkuantisasi yang merambat melalui kisi kristal. Saat panas bergerak melalui berlian, yang terjadi bukanlah atom yang beterbangan. Itu fonon. Kisi adalah medianya. Getarannya adalah kuasipartikel. Ini membawa energi panas. Ini memiliki momentum. Itu bisa bertabrakan dengan elektron.
Lalu ada kegembiraan. Hal ini terjadi pada semikonduktor. Sebuah elektron melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi, meninggalkan “lubang”. Elektron dan lubang saling tarik menarik. Mereka mengorbit satu sama lain. Bersama-sama, mereka membentuk keadaan terikat. Keadaan terikat tersebut adalah kuasipartikel. Itu bergerak melalui materi. Ia mengangkut energi tanpa mengangkut muatan bersih. Ini penting untuk cara kerja sel surya.
Contoh lain termasuk magnon, gelombang putaran dalam bahan magnetik, dan polaron, sebuah elektron yang menyeret awan distorsi kisi saat bergerak.
Mengapa fisikawan peduli
Anda mungkin bertanya, mengapa menyebutnya partikel? Mengapa tidak membicarakan gelombang kompleks dalam suatu medium saja?
Karena matematika menjadi mustahil jika tidak. Mencoba menghitung perilaku setiap atom dalam benda padat, berinteraksi dengan setiap atom lainnya melalui medan listrik, adalah sebuah mimpi buruk. Ini sulit dilakukan secara komputasi.
Namun jika Anda memperlakukan perilaku kolektif sebagai sekumpulan partikel semu, masalahnya akan dapat diatasi. Anda dapat menghitung tabrakan. Anda dapat memprediksi konduktivitas. Anda dapat merancang chip yang lebih baik. Partikel kuasi adalah sebuah alat. Sebuah cara untuk menyederhanakan kekacauan fisika banyak benda menjadi sesuatu yang benar-benar dapat kita modelkan.
Implikasi radikal
Hal ini membawa kita pada bagian yang meresahkan.
Kita biasanya menganggap partikel fundamental—elektron, foton, kuark—sebagai benda nyata. Landasan realitas. Partikel kuasi hanyalah perkiraan. Fenomena yang muncul.
Namun bagaimana jika kita salah?
Ada gagasan yang terus-menerus dalam teori fisika bahwa partikel fundamental pun bisa jadi adalah kuasipartikel. Bagaimana jika alam semesta itu sendiri adalah sebuah medium? Mungkin bidang kuantum. Dan bagaimana jika elektron hanyalah gangguan yang stabil dan terlokalisasi di dalamnya
