6.6 Terowongan Kuantum

Beranda ／ Bab 6: Ranah kuantum

I. Fenomena yang dapat diamati dan tantangan intuitif bagi teori kontemporer

Di laboratorium, beberapa gejala tampak seperti partikel “menembus dinding”:

• Peluruhan alfa: sejumlah inti memancarkan partikel alfa (α) secara spontan. Secara klasik, penghalang Coulomb tampak terlalu tinggi untuk energi yang tersedia, namun peristiwa pelolosan tetap terjadi.
• Mikroskop terowongan pindai (STM): antara ujung logam yang sangat tajam dan sampel terdapat celah vakum nanometer. Arus menurun hampir eksponensial ketika jarak meningkat, tetapi tidak menjadi nol.
• Terowongan Josephson: dua superkonduktor yang dipisahkan isolator ultratipis dapat membawa arus searah pada tegangan nol; dengan sedikit tegangan searah muncul sinyal bolak-balik pada frekuensi Josephson.
• Dioda resonansi dan struktur penghalang ganda: kurva arus–tegangan menampilkan resistansi diferensial negatif dan puncak sempit, menandakan jendela energi yang mempermudah lewatnya partikel.
• Emisi medan (emisi dingin): medan kuat menipiskan dan menurunkan penghalang permukaan sehingga elektron keluar ke vakum.
• Analogi optik: pada refleksi total yang terfrustasi, dua prisma berjarak sangat dekat saling berkopel lewat medan evanesen sehingga cahaya melintasi wilayah yang secara nominal “terlarang”.

Rangkaian pengamatan ini memunculkan pertanyaan intuitif: bagaimana partikel menyeberang jika energinya seolah tidak cukup? Mengapa peluang lewat sangat peka terhadap ketebalan dan ketinggian penghalang (hampir eksponensial)? Apa yang dimaksud “waktu terowongan”, dan mengapa sebagian pengukuran menunjukkan keterlambatan grup yang jenuh hingga disalahartikan sebagai superluminal? Terakhir, mengapa penumpukan lapisan justru membuka “jalur cepat” resonansi pada energi tertentu?

II. Pembacaan menurut Teori Helaian Energi (EFT): penghalang bukan dinding kaku, melainkan pita tegangan yang “bernapas”

(Sejalan dengan uraian pada Bagian 4.7 tentang “pori” di sekitar lubang hitam: batas bertaraf tegangan tinggi bukanlah segel permanen.)

1. Wujud nyata penghalang: dinamis, berbutir, berbentuk pita
   Dalam Teori Helaian Energi (EFT), “penghalang” bukanlah permukaan geometris yang sempurna dan kaku. Ia berupa pita dengan tegangan (Tension) dan impedansi tinggi yang terus dibentuk ulang oleh mikroproses:
   • pertukaran antara helaian energi (Energy Threads) dan lautan energi (Energy Sea);
   • mikrorekoneksi sesaat yang membuka lalu menutup kembali konektivitas;
   • hantaman berulang dari eksitasi tak stabil di tepi;
   • fluktuasi lokal gradien tegangan (Tension Gradient) akibat medan eksternal dan pengotor.
     Dari dekat, pita ini tampak “bernapas” seperti sarang lebah hidup: hampir selalu berimpedansi tinggi, namun sesekali terbuka mikropori berimpedansi rendah yang berumur singkat.
2. Pori sesaat: kanal nyata terowongan
   Penyeberangan terjadi ketika, searah laju partikel, rantai mikropori terbuka cukup dalam dan saling terhubung. Parameter kunci:
   • laju pembukaan per satuan luas dan waktu;
   • umur pori untuk setiap pembukaan;
   • lebar sudut yang menentukan selektivitas arah;
   • konektivitas tembus ketebalan: apakah bukaan terselaraskan sepanjang seluruh ketebalan (semakin tebal, syarat penyelarasan kian ketat).
     Jika syarat-syarat itu terpenuhi, partikel menempuh koridor berimpedansi rendah. Sebagian besar upaya gagal; sebagian kecil berhasil.

Analogi: bayangkan gerbang berlamela yang bergerak sangat cepat. Hampir selalu tertutup, tetapi sesaat lamela-lamela sejajar pada satu garis tipis dan terbentuk celah. Kita bukan “menembus materi padat”, melainkan memanfaatkan momen ketika celah itu selaras.

3. Asal kepekaan yang nyaris eksponensial

• Penghalang makin tebal: penyeberangan memerlukan penyelarasan seri pori sepanjang ketebalan. Setiap lapisan tambahan mengalikan syarat koinsidensi → peluang berhasil turun kira-kira eksponensial.
• Penghalang makin tinggi (tegangan lebih besar): pori lebih jarang, berumur lebih pendek, dan bersudut lebih sempit → laju pembukaan efektif menurun, penghalang terasa “lebih tinggi”.

4. Resonansi: “panduan gelombang” sementara yang menjahit pori menjadi jalur cepat
   Struktur multilapis dapat membentuk rongga dengan fase yang serasi, setara dengan panduan gelombang sementara di dalam pita:
   • partikel mula-mula tertampung sebentar di dalam rongga;
   • ia menunggu segmen pori berikutnya terbuka ke arah yang tepat;
   • konektivitas keseluruhan teramplifikasi pada jendela energi yang sempit.
     Inilah asal puncak tajam pada perangkat resonansi; secara serupa, penguncian fasa antarsuperkonduktor menstabilkan konektivitas dan menopang efek Josephson.
5. Waktu terowongan: pisahkan “menunggu gerbang” dan “menyusuri koridor”

• Waktu tunggu: jeda di sisi masuk ketika rantai pori yang terselaraskan belum tersedia; inilah komponen yang mendominasi statistik keterlambatan.
• Waktu transit: setelah koridor tersusun, penyeberangan berlangsung pada batas kecepatan lokal yang diizinkan oleh tegangan dan biasanya singkat.
  Saat ketebalan bertambah, waktu tunggu meningkat, sedangkan transit tidak bertambah linier; karena itu banyak pengukuran menampilkan keterlambatan grup yang jenuh. Tidak ada gerak superluminal—yang terlihat hanyalah gabungan antrean panjang dan lewat cepat.

6. Neraca energi: tidak ada yang “gratis”
   Sesudah menyeberang, energi partikel mencerminkan anggaran awal, kemungkinan umpan balik tegangan sepanjang koridor, dan pertukaran kecil dengan lingkungan. Kesan “energi kurang tapi tetap lolos” bukan sihir: penghalang bukan wajah kaku; bukaan mikroskopiknya memungkinkan kejadian langka melalui lintasan berimpedansi rendah tanpa harus “mendaki” puncak statis.

III. Dari interpretasi ke perangkat dan skenario

• Peluruhan alfa: kluster alfa berulang kali “mengetuk” batas inti. Emisi terjadi ketika rantai pori tembus ketebalan terselaraskan sesaat. Pita inti yang tinggi dan tebal membuat paruh waktu sangat peka terhadap struktur.
• Arus pada STM: celah vakum membentuk pita tipis. Arus mengikuti laju total kemunculan rantai konektivitas yang kritis. Setiap tambahan satu ångström setara menambah satu tahap lamela, sehingga penurunan tampak hampir eksponensial.
• Terowongan Josephson: penguncian fasa di kedua sisi menstabilkan zona rongga–panduan dan menaikkan debit tunak bahkan pada tegangan nol. Dengan sedikit tegangan searah, fasa relatif bergeser, menghasilkan sinyal bolak-balik.
• Emisi medan: medan kuat menipiskan dan menurunkan pita permukaan, sehingga meningkatkan laju pembukaan dan konektivitas; elektron “keluar” menuju vakum.
• Refleksi total terfrustasi: celah nanometer antarprisma menyediakan pegangan medan dekat yang setara dengan konektivitas jarak pendek di dalam celah; cahaya melintasi wilayah yang secara nominal terlarang lewat koridor sementara.

IV. Sebagai ringkasan—empat kalimat

• Terowongan bukan menembus dinding sempurna, melainkan merangkai rantai pori sesaat dalam pita tegangan yang bernapas.
• Kepekaan eksponensial terhadap ketebalan/tinggi muncul dari probabilitas yang saling mengalikan pada penyelarasan seri; resonansi membentuk panduan gelombang sementara yang memperkuat konektivitas pada jendela sempit.
• Waktu terowongan terbagi menjadi menunggu dan melintas: keterlambatan grup jenuh terutama mencerminkan waktu tunggu, tanpa melanggar batas rambat lokal.
• Energi tetap lestari: kelolosan “berenergi rendah” terjadi karena “dinding” sesaat terbuka, bukan karena dihancurkan.