Para Ilmuwan ITMO Memodelkan Dinamika Galaksi Melalui Ion yang Terperangkap

Para pakar dari Universitas ITMO telah berhasil mengembangkan sebuah metode inovatif yang memungkinkan pemodelan pergerakan bintang relatif terhadap pusat Galaksi dan evolusi Bima Sakti di masa depan dengan tingkat presisi yang sangat tinggi. Pendekatan revolusioner ini memanfaatkan atom-atom ion yang ditahan dalam perangkap laboratorium khusus. Dengan demikian, mereka berhasil mengalihkan studi proses astrofisika dari ranah perhitungan matematis murni menuju eksperimen berbasis prinsip kesamaan (analogi).

Semyon Rudoy, seorang peneliti ilmiah di Pusat Sains dan Pendidikan Fisika Nanostruktur ITMO, menjelaskan bahwa metode ini menawarkan kapabilitas untuk mereplikasi sistem kosmik besar seolah-olah berada “di telapak tangan”. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk menyelidiki fenomena astrofisika dan bahkan memanipulasinya. Dalam analogi ini, partikel bermuatan yang terperangkap berfungsi sebagai representasi bintang. Galaksi, layaknya objek kosmik masif lainnya, adalah sistem dinamis yang sangat kompleks. Variasi sekecil apa pun dalam kondisi awal dapat memicu hasil jangka panjang yang sulit diprediksi, sehingga membatasi akurasi model komputasi tradisional.

Secara historis, untuk memproyeksikan perilaku sistem dalam rentang waktu yang panjang, para astronom sering mengandalkan konstruksi matematis yang disederhanakan. Salah satu contohnya adalah potensial Henon-Heiles, yang pertama kali diperkenalkan oleh Michel Henon dan Carl Heiles pada tahun 1964. Namun, penelitian terbaru dari para ilmuwan ITMO, yang didukung oleh Dana Riset Rusia, membuktikan bahwa lintasan ion atomik dalam perangkap kuadrupol menunjukkan perilaku yang sangat mirip dengan orbit bintang dalam potensial galaksi. Para fisikawan ini menemukan bahwa potensial Henon-Heiles yang klasik dapat direalisasikan secara nyata dalam sistem ion atomik.

Untuk menciptakan konfigurasi medan listrik yang diperlukan di dalam perangkap, digunakan elektroda yang dibuat dari indium tin oxide (ITO), yang diaplikasikan di atas substrat kaca. Dmitry Sherbinin, peneliti senior di pusat yang sama, menekankan bahwa sistem yang bersifat kacau (chaotic systems), meskipun berasal dari domain yang berbeda—baik makroskopis maupun mikroskopis—tetap tunduk pada hukum universal yang sama. Implikasi dari temuan ini adalah adanya regulator tunggal yang mengatur berbagai sistem kacau, yang memungkinkan satu sistem mampu mereplikasi perilaku sistem lainnya.

Dalam bidang terkait, seperti komputasi kuantum berbasis ion, para ilmuwan Rusia dari FIAN (Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia) telah mencapai kemajuan signifikan. Pada Desember 2025, mereka mencatatkan akurasi tertinggi untuk operasi satu-qubit pada komputer 70-qubit, yang menegaskan kompetensi tinggi mereka dalam mengelola sistem ionik. Sementara itu, peneliti internasional, seperti Christopher Monroe, melihat simulasi kuantum berbasis ion sebagai landasan yang menjanjikan untuk memodelkan sistem materi terkondensasi. Namun, fokus utama dari pengembangan Rusia ini adalah pada model astrofisika skala makroskopis, memanfaatkan prinsip-prinsip dasar yang sama dalam mengendalikan partikel bermuatan.