Jika gelas bukan benda padat atau cair, lalu apa itu? Foto oleh pengguna Flickr -Kenzie-
Segelas merlot mungkin membuat dunia terlihat cerah, tetapi juga bisa menjadi sumber frustrasi bagi fisikawan. Anggur menuangkan, percikan dan aduk, namun gelas tetap kaku seperti bejana padat. Memperbesar merlot dan Anda akan melihat molekul-molekul saling berdekatan tetapi bergerak tanpa posisi tetap. Memperbesar gelas anggur dan Anda juga akan melihat pengaturan yang tidak teratur ini, tetapi tidak ada gerakan.
Pada tingkat atom, kedua bentuk materi terlihat sama. Meskipun gelas beku padat, tidak memiliki struktur kristal kaku yang ditemukan di, katakanlah, es batu.
Para ilmuwan yang mempelajari kaca mengamati versi terdistorsi icosahedron (icosahedron di sebelah kiri, versi terdistorsi di sebelah kanan). Gambar melalui Science / Chen dan Kotani
Meskipun pengrajin telah membuat kaca selama ribuan tahun dan para ilmuwan telah mempelajari strukturnya selama beberapa dekade, sampai sekarang belum ada bukti eksperimental yang jelas untuk mengkonfirmasi apa yang mencegah cairan yang membentuk gelas dari kristalisasi. Dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan online di Science, tim peneliti Jepang menggunakan mikroskop difraksi elektron bertenaga tinggi untuk melihat kaca pada skala terkecil. Pada resolusi tinggi seperti itu mereka melihat apa yang tampak sebagai unit dasar dari beberapa gelas-atom yang dikemas dalam versi terdistorsi dari icosahedron, bentuk tiga dimensi dengan 20 wajah.
Dengan alat-alat geometris yang canggih, tim tersebut menandai distorsi-distorsi tersebut, melaporkan dalam makalah bahwa mereka memungkinkan sistem untuk "mempertahankan pengepakan atom yang padat dan keadaan energi yang rendah." Pengaturan atom tertentu, para peneliti menyimpulkan, adalah esensi dari sifat kaca karena mereka mengganggu pengembangan kristal yang terorganisir dengan baik.
Berbagai pandangan gambar mikroskopis atom dalam kaca (kanan) memungkinkan para peneliti untuk menggambarkan tingkat distorsi icosahedron spesifik yang mengatur atom (kiri). Gambar melalui Science / Chen dan Kotani
Meskipun para peneliti mempelajari gelas yang terbuat dari zirkonium dan platinum, bukan kaca jendela rata-rata, hasilnya mungkin berlaku untuk kacamata yang lebih luas. Dengan memahami cara atom mengatur, ilmuwan material dapat menemukan cara untuk membuat kacamata baru dan memanipulasi kacamata yang mereka punya.
Tapi gelas masih jauh dari mudah. Sementara penelitian menjelaskan mengapa beberapa cairan membentuk gelas alih-alih mengkristal, itu tidak menjelaskan mengapa cairan ini bisa menjadi cukup lamban untuk menjadi padat, kata ahli kimia Universitas Duke Patrick Charbonneau. Sebuah komunitas besar ilmuwan telah berusaha untuk menyelesaikan kelesuan sejak 1980-an , tetapi mereka tidak bisa menyetujui solusinya dan mereka bahkan berdebat tentang pendekatan terbaik.
Salah satu strategi populer mengambil langkah mundur untuk mencoba memahami bagaimana atom mengisi ruang yang diberikan. Ini memperlakukan atom-atom dalam gelas seperti bola keras yang dikemas bersama. Sederhana bukan? "Tidak ada mekanika kuantum, tidak ada teori string, Anda tidak harus memanggil ruang angkasa, " kata Charbonneau. Namun, bahkan mempelajari kaca dengan cara ini telah terbukti sangat sulit karena komplikasi yang terjadi dengan mencari tahu posisi apa yang bisa ditempati oleh banyak partikel. Di atas tantangan inheren untuk menggambarkan pengaturan bola, pendekatannya adalah penyederhanaan dan tidak jelas seberapa relevan hal itu bagi kacamata dunia nyata.
Tetap saja, Charbonneau tampak bersemangat ketika berbicara tentang masalah penelitian semacam itu. Segelas merlotnya setengah penuh, karena dia yakin beberapa tahun terakhir telah membawa kemajuan besar. Para ilmuwan, katanya, telah menjadi lebih kreatif dalam mengajukan pertanyaan tentang kaca. Penelitian Charbonneau sendiri mensimulasikan kaca dalam dimensi yang lebih tinggi, temuan yang dapat memiliki implikasi penting untuk tingkat gangguan pada kaca tiga dimensi. Peneliti lain sedang mempertimbangkan apa yang akan terjadi jika Anda melumpuhkan beberapa partikel dalam cairan super dingin, berharap untuk menerangi bagaimana cairan tersebut mencapai keadaan seperti kaca. Masih banyak lagi yang menganggap atom dalam kaca sebagai entitas yang dapat bergerak sendiri, semacam sel biologis. Semua upaya ini mencoba untuk menentukan jenis interaksi yang berkontribusi pada pembentukan kaca, sehingga para ilmuwan akan mengenali teori kelesuan yang sangat baik ketika mereka melihatnya.
Terlepas dari semua pembicaraan tentang gerakan ini, jangan berharap gelas anggur Anda mengalir dengan cara apa pun dalam waktu dekat. Gelas ini "akan bertahan lebih lama dari skala waktu alam semesta, " kata Charbonneau. Mengklaim bahwa kaca patri di katedral abad pertengahan lebih tebal di bagian bawah karena aliran gelas adalah susun. Tapi persis mengapa itu tidak mengalir masih tetap menjadi misteri.
