2 hours ago
1
ISTAPetir menerangi langit dalam kilatan dramatis, tetapi para ilmuwan masih belum sepenuhnya memahami bagaimana hal itu bermula.
Kini, para peneliti di Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) telah mengembangkan cara baru yang luar biasa untuk mempelajari salah satu kekuatan alam yang paling dahsyat—dengan menjebak dan mengisi daya satu partikel debu mikroskopis dengan laser.
Dengan menggunakan apa yang dikenal sebagai "pinset optik", mahasiswa Ph.D. Andrea Stöllner dan rekan-rekannya dapat menangkap dan menahan partikel yang sangat kecil di udara hanya dengan menggunakan cahaya.
Partikel-partikel ini, yang disebut aerosol, adalah cairan atau padatan kecil yang melayang di udara di sekitar kita. Beberapa terlihat, seperti serbuk sari.
Partikel lainnya, seperti virus atau debu halus, terlalu kecil untuk dilihat. Di awan, aerosol bertindak sebagai penyusun kristal es, yang memainkan peran penting dalam badai petir dan petir.
Di dalam lab, dua sinar laser hijau bergerak melalui labirin cermin yang terpasang pada meja antigetar khusus.
Meja berat ini menyerap gerakan sekecil apa pun dari lingkungan sekitar, menciptakan keheningan yang sempurna untuk eksperimen tersebut.
Ketika sinar-sinar tersebut bertemu di dalam wadah kecil, mereka membentuk "perangkap" yang dapat menangkap satu partikel silika transparan dan menahannya dengan sempurna di ruang angkasa.
Pertama kalinya Stöllner berhasil menjebak sebuah partikel adalah momen yang tak terlupakan.
Bintik kecil itu bersinar hijau saat melayang di tempatnya, sepenuhnya tertahan oleh kekuatan laser.
Saat itu, partikel tersebut hanya terperangkap selama beberapa menit. Setelah bertahun-tahun melakukan penyesuaian dan penyempurnaan yang cermat, tim kini dapat menahan sebuah partikel di tempatnya selama berminggu-minggu.
Awalnya, tujuannya sederhana: menjebak partikel dan mengukur muatan listriknya dalam berbagai kondisi kelembapan.
Namun, para peneliti segera menemukan sesuatu yang tak terduga. Laser tidak hanya menahan partikel di tempatnya—mereka juga mengisinya.
Ini terjadi melalui proses yang disebut "efek dua foton". Laser terbuat dari paket-paket cahaya kecil yang dikenal sebagai foton.
Ketika dua foton mengenai partikel secara bersamaan, mereka dapat menjatuhkan satu elektron darinya.
Karena elektron bermuatan negatif, kehilangan satu elektron akan membuat partikel sedikit lebih positif. Seiring berlanjutnya hal ini, partikel menjadi semakin bermuatan positif.
Dengan menyesuaikan daya laser secara cermat, para peneliti dapat mengontrol seberapa cepat muatan tersebut terbentuk.
Yang lebih menarik lagi, mereka mengamati partikel tersebut sesekali melepaskan muatannya dalam semburan tiba-tiba—pelepasan listrik kecil.
Perilaku ini sangat mirip dengan apa yang diduga para ilmuwan terjadi di dalam awan badai.
Jauh di atas kepala kita, kristal es dan butiran es bertabrakan di dalam awan badai. Selama tabrakan ini, mereka mentransfer muatan listrik satu sama lain.
Seiring waktu, muatan-muatan ini menumpuk di seluruh awan hingga terbentuk ketidakseimbangan listrik yang kuat. Ketidakseimbangan inilah yang akhirnya menyebabkan sambaran petir.
Namun, satu misteri besar tetap ada: bagaimana percikan pertama dimulai?
Beberapa teori menunjukkan bahwa itu terjadi tepat di permukaan kristal es yang bermuatan.
Yang lain berpendapat bahwa sinar kosmik dari luar angkasa mungkin memicu proses tersebut.
Namun, berdasarkan pengetahuan terkini, medan listrik di dalam awan biasa mungkin terlalu lemah untuk menghasilkan petir sendiri.
Di sinilah penelitian ISTA dapat membuat perbedaan. Dengan mempelajari bagaimana sebuah partikel tunggal menjadi bermuatan dan bagaimana ia tiba-tiba melepaskan muatan, para ilmuwan dapat mengeksplorasi apakah percikan listrik kecil yang hampir tak terlihat mungkin terjadi pada skala terkecil di dalam awan.
Peristiwa mikro ini mungkin merupakan mata rantai yang hilang antara penumpukan muatan yang lambat dan kilatan petir dramatis yang kita lihat dari permukaan tanah.
Meskipun partikel silika yang digunakan di laboratorium jauh lebih kecil daripada kristal es asli di awan, partikel-partikel tersebut berfungsi sebagai model yang sangat baik.
Dengan memahami interaksi mikroskopis ini, para peneliti berharap dapat mengungkap misteri pembentukan petir yang lebih besar.
Bagi Stöllner dan timnya, kegembiraan ini bukan hanya tentang memecahkan teka-teki ilmiah.
Ini tentang menyaksikan partikel debu kecil yang mengambang, tertahan oleh cahaya, dan menyadari bahwa partikel itu mungkin menyimpan rahasia salah satu kekuatan paling dahsyat dan indah di alam.
