Usulan Eksperimen Fisika Teoretis untuk Memanipulasi Gelombang Gravitasi Melalui Interaksi Cahaya

Profesor Ralf Schützhold, fisikawan teoretis dan Direktur Institut Fisika Teoretis di Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) pada tahun 2025, mengajukan rancangan eksperimen untuk secara aktif memengaruhi gelombang gravitasi melalui interaksi terukur dengan gelombang cahaya. Konsep ini didasarkan pada prinsip bahwa gravitasi memengaruhi semua bentuk energi, termasuk foton dalam gelombang elektromagnetik.

Ide sentral Schützhold, yang didetailkan dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 2025 di jurnal Physical Review Letters, melibatkan transfer paket energi yang sangat kecil—analog dengan graviton—antara gelombang cahaya yang melintas dan gelombang gravitasi yang melewatinya. Pertukaran energi hipotetis ini akan mengakibatkan peningkatan intensitas gelombang gravitasi yang sangat kecil, yang secara konsekuensial akan menyebabkan pergeseran frekuensi yang sangat kecil pula pada gelombang cahaya yang berinteraksi. Publikasi di Physical Review Letters sering menjadi wadah bagi penemuan fisika fundamental.

Untuk mendeteksi efek yang sangat minim ini, konfigurasi eksperimental yang dibutuhkan menuntut usaha teknis substansial. Pulsa laser harus dipantulkan hingga satu juta kali di antara cermin dalam sebuah instalasi sepanjang sekitar satu kilometer, yang secara efektif menciptakan lintasan optik total sekitar satu juta kilometer. Pergeseran frekuensi yang dihasilkan dari interaksi ini, meskipun halus, seharusnya dapat didemonstrasikan melalui penggunaan interferometer yang dirancang dengan presisi tinggi.

Desain pengaturan ini memiliki kemiripan struktural dengan detektor gelombang gravitasi yang sudah ada, seperti LIGO, yang dioperasikan bersama oleh Caltech dan MIT serta didanai oleh National Science Foundation (NSF) Amerika Serikat. Konteks operasional LIGO relevan, mengingat observatorium tersebut baru saja menyelesaikan periode observasi keempatnya (O4) pada tanggal 18 November 2025, dan saat itu sedang memasuki masa pemeliharaan dan peningkatan. Selama O4, kolaborasi LIGO-Virgo-KAGRA melaporkan lebih dari 250 kandidat gelombang gravitasi yang signifikan.

Schützhold mengemukakan bahwa penggunaan foton terjerat (entangled photons) dapat secara signifikan meningkatkan sensitivitas interferometer yang diusulkan. Peningkatan sensitivitas ini berpotensi memungkinkan para peneliti untuk menyimpulkan keadaan kuantum dari medan gravitasi itu sendiri. Keberhasilan eksperimen ini akan memberikan indikasi kuat atas keberadaan graviton, partikel pembawa gaya gravitasi, sementara kegagalan akan menyanggah teori berbasis graviton yang berlaku saat ini.

Kekuatan utama dari usulan ini terletak pada kemampuannya menghubungkan efek yang dapat diamati, yaitu pergeseran frekuensi cahaya, dengan partikel hipotetis yang bertanggung jawab atas gravitasi. Meskipun tantangan teknisnya luar biasa, ketergantungan pada konsep infrastruktur yang sudah ada, seperti yang digunakan oleh LIGO, menyediakan kerangka kerja yang jelas untuk pengembangan di masa depan. HZDR, yang memiliki sekitar 1.400 staf, juga terlibat dalam penelitian fisika laser berdaya tinggi dan fisika radiasi.