Laboratorium Atom Dingin (Cold Atom Lab) milik NASA kini kembali beroperasi di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) dengan serangkaian peningkatan teknologi yang signifikan. Fasilitas ini memberikan akses bagi para ilmuwan untuk meneliti perilaku fundamental materi dalam kondisi ekstrem yang mustahil diciptakan di permukaan Bumi. Dengan memanfaatkan lingkungan mikrogravitasi di orbit rendah, penelitian ini menjadi tonggak ini diharapkan mampu membuka jalan bagi pengembangan teknologi kuantum masa depan.
Dunia kuantum dikenal dengan karakteristiknya yang sangat asing dibandingkan fisika klasik. Dalam skala atom dan subatomik, materi tidak berperilaku seperti bola padat yang bertabrakan, melainkan menunjukkan sifat gelombang. Atom-atom ini dapat berada di berbagai lokasi secara bersamaan dan bahkan menembus satu sama lain. Melalui Cold Atom Lab, NASA mempelajari bagaimana atom-atom ini bereaksi saat didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak, atau sekitar minus 237 derajat Celcius.
Dalam suhu yang sangat rendah tersebut, atom-atom akan bergabung membentuk wujud materi kelima yang dikenal sebagai Bose-Einstein Condensate (BEC). Berbeda dengan wujud padat, cair, gas, atau plasma, BEC adalah kumpulan gelombang materi yang tetap mengikuti hukum mekanika kuantum meskipun dalam skala yang lebih besar. Kondisi mikrogravitasi memungkinkan gelombang materi ini tumbuh jauh lebih lebar dibandingkan eksperimen serupa yang dilakukan di Bumi, memberikan presisi yang belum pernah tercapai sebelumnya.
Jason Williams, ilmuwan proyek Cold Atom Lab di Jet Propulsion Laboratory NASA, menjelaskan bahwa pada suhu ekstrem, materi berperilaku sangat berbeda dari pengalaman manusia sehari-hari. Sifat gelombang materi menjadi dominan, yang memungkinkan para ilmuwan melakukan pengukuran ultra-presisi terhadap waktu, gravitasi, dan gerak. Inovasi ini sangat penting untuk memahami sifat dasar alam semesta melalui instrumen yang jauh lebih sensitif dibandingkan teknologi yang ada saat ini.
Fasilitas ini kini mendukung lima tim riset internasional yang mendalami fisika fundamental. Selain itu, Cold Atom Lab berfungsi sebagai wahana uji coba bagi perangkat kuantum yang kelak dapat diaplikasikan dalam misi eksplorasi ruang angkasa masa depan maupun observasi sains Bumi. Upgrade terbaru yang tiba pada April lalu melalui misi pasokan komersial, telah memperluas jangkauan eksperimen yang bisa dilakukan oleh para peneliti di stasiun tersebut.
Proses eksperimen dilakukan dengan memanaskan logam rubidium atau kalium hingga 400 derajat Celcius untuk menghasilkan gas di ruang hampa. Selanjutnya, laser dengan penyetelan khusus digunakan untuk menyerap energi atom, sehingga atom-atom tersebut melambat dan mendingin secara drastis. Setelah tahap pendinginan laser selesai, medan magnet digunakan untuk menjebak dan mengurung atom-atom tersebut agar tetap stabil selama masa penelitian berlangsung.