Setiap hari, kita menghirup udara lebih dari 20.000 kali, sebuah proses otomatis yang krusial bagi kehidupan. Udara yang masuk tidak hanya membawa oksigen untuk fungsi tubuh, tetapi juga molekul lain seperti nitrogen, bakteri, dan virus, yang semuanya memberikan informasi kaya tentang lingkungan kita. Untuk mengurai kekayaan informasi ini, kita memiliki indra penciuman yang terspesialisasi. Melalui penciuman, kita dapat mengenali orang tanpa melihat, menghindari bahaya, atau bahkan terlempar kembali ke masa lalu.
Namun, bagaimana sebenarnya detektif luar biasa di hidung kita ini bekerja? Teori klasik yang diajukan oleh peraih Nobel Linda Buck dan Richard Axel pada tahun 2004 menyatakan bahwa protein reseptor di rongga hidung menangkap molekul eksternal. Ketika sebuah molekul pas dengan benar, sinyal diaktifkan dan dikenali oleh otak sebagai bau tertentu. Teori ini, yang berfokus pada bentuk molekul, telah lama diterima secara luas. Namun, penjelasan ini tidak selalu memadai. Bagaimana mungkin molekul dengan bentuk serupa menghasilkan aroma yang sangat berbeda? Sebagai contoh, molekul alkohol dapat berbau seperti rumput segar, sementara penggantian atom oksigen dengan sulfur pada molekul yang sama secara geometris tidak mengubah bentuknya tetapi menghasilkan bau telur busuk. Hal ini menunjukkan bahwa bentuk saja tidak cukup untuk menjelaskan kompleksitas pemrosesan bau.
Sebagai alternatif, para ilmuwan seperti fisikawan Luca Turin pada tahun 1996 mengajukan teori yang berbeda: hidung kita mendeteksi bukan bentuk molekul, melainkan getaran kuantumnya. Teori ini berakar pada pengamatan bahwa molekul terus bergerak dan bergetar pada suhu ruangan. Getaran ini bersifat terkuantisasi, artinya hanya mode getaran tertentu yang diizinkan, masing-masing dengan energi spesifik. Sebagai analogi, molekul air memiliki tiga mode getaran utama, atau "langkah dansa", masing-masing dengan energi yang terkait. Jika molekul air menerima jumlah energi yang tepat dari lingkungannya, ia dapat bergetar secara berbeda dan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Perbedaan ini dapat diamati bahkan pada isotop molekul. Air berat (deuterated water), yang memiliki bentuk sama dengan air biasa tetapi atom hidrogennya diganti dengan deuterium yang lebih berat, memiliki energi yang berbeda untuk berpindah antar mode getaran.
Luca Turin berhipotesis bahwa jika penciuman didasarkan pada getaran, maka seharusnya mungkin untuk membedakan antara air biasa dan air berat. Eksperimen yang dilakukan dengan lalat buah, yang memiliki indra penciuman sangat sensitif, berhasil menunjukkan bahwa serangga ini tertarik pada air biasa dan menjauh dari air berat, mendukung gagasan bahwa getaran molekuler berperan dalam penciuman. Mekanisme yang diusulkan untuk mendeteksi fenomena kuantum ini adalah "terowongan hidung kuantum" (quantum nasal tunnel). Mekanisme ini memanfaatkan sifat kuantum elektron untuk mengidentifikasi molekul berdasarkan getarannya, mirip dengan cara kerja spektrometer laboratorium seperti spektroskopi terowongan elektron inelastis (IETS).
Teori saat ini menyatakan bahwa ketika molekul berikatan dengan reseptor, elektron harus berpindah dari satu bagian protein ke bagian lain, menghasilkan pertukaran energi yang mengirimkan sinyal ke otak. Jika energi yang dibutuhkan molekul untuk berpindah ke mode getaran yang lebih tinggi cocok dengan energi yang harus dilepaskan elektron untuk bergerak, maka transfer terjadi dan bau terdeteksi. Sebaliknya, jika energi tidak selaras, transfer tidak terjadi dan bau tidak dirasakan. Teori getaran kuantum ini tidak hanya menarik secara akademis, tetapi juga memiliki aplikasi praktis. Luca Turin mendirikan Flexitral, sebuah perusahaan yang melayani industri parfum. Dengan menghitung mode getaran molekul, ia dapat mengganti senyawa mahal yang dihargai oleh pembuat parfum karena aroma uniknya dengan alternatif yang lebih murah namun memiliki getaran serupa, sehingga menghasilkan aroma yang sama. Hal ini menunjukkan bagaimana pemahaman mendalam tentang fenomena kuantum dapat membuka jalan bagi inovasi di berbagai bidang.
Elixabete Rezabal, seorang ahli kimia fisik dari University of the Basque Country, menyoroti pada acara Naukas Bilbao ke-15 bahwa mekanika kuantum, meskipun tampak jauh, sangat hadir dalam kehidupan kita sehari-hari. Banyak fenomena dalam tubuh kita, termasuk cara kita mencium, ternyata didasarkan pada prinsip-prinsip kuantum, dengan getaran molekuler menjadi kunci utama dalam persepsi aroma.