Bagaimana Fisika Partikel Menguraikan Fenomena Dasar Alam Semesta
Assalamualaikum Wr. Wb..
Sekarang kita bahas Fisika yuk......
Keren kan judulnya ???
Kita itu hidup di dunia ini tidak terlepas dari ilmu-ilmu Science ternyata....
kita bahas dari awal yah.... :))
Apa itu
Fisika Partikel
Fisika
Partikel adalah fenomena alam yang terjadi pada level subatomik. Objektif dari
Fisika Partikel adalah mencari jawaban atas dua pertanyaan kunci: (1) Apa
elemen fundamental dari material, dan (2) bagaimana mereka berinteraksi. Ilmu
dan pemahamanan ini kemudian disimpulkan dalam sebuah Model Acuan (Standard
Model).
Daerah jarak
kerja Fisika Partikel sangat kecil, dalam orde fm (femto meter, 1 fm = 10E-15 m
atau sepuluh pangat minus lima belas meter). Ini adalah skala subatomik.
Sebaliknya, daerah energi kerja Fisika Partikel sangat besar, dalam orde 10E15
eV. Sebagai pembanding, jarak kerja ilmu material dalam orde amstrong (1A =
10E-10 m), dengan energi kerja order 10E-5 eV.
Pencarian
Partikel Pembangun Materi: dari Atom ke Quark
Elemen
fundamental didefenisikan sebagai elemen dasar penyusun alam semesta, disebut
juga partikel dasar atau partikel pembangun materi karena kombinasi partikel
inilah materi tersusun. Dalam perhitungan para teoritis, partikel dasar ini
dipandang sebagai partikel titik.
Kepentingan
untuk mengetahui partikel ini tergambar dalam kuliah Richard Feynman (Nobelis
1965) di hadapan para mahasiswanya:
Å«ika
seandainya kehancuran dahsyat pada peradapan & pengetahuan manusia, dan
cuma hanya 1 kalimat pendek yang bisa diwariskan ke generasi selanjutnya,
apakah kalimat pendek yang paling informatif itu? Jawaban: Teori atom, bahwa
materi terbentuk oleh atom-atom!.
Feyman sama
sekali tidak salah. Pengetahuan bahwa materi tersusun oleh atom-atom akan
memudahkan generasi berikutnya untuk cepat tanggap: bahwa untuk memahami
sifat-sifat materi secara lengkap maka harus diketahui dari apa mereka terbuat
dan dipelajari bagaimana penyusun materi itu berinteraksi.
Pandangan
bahwa atom adalah partikel titik dan tak bisa dibagi lagi dipostulatkan oleh
John Dalton pada tahun 1803. Sayangnya, Atom itu bukanlah elemen fundamental.
Berturut-turut penemuan elektron oleh J. J. Thomson (1897), inti atom dan proton
oleh Rutherford (1911), dan neutron oleh Chadwick (1932) meruntuhkan postulat
atom sebagai partikel titik. Elekron kemudian diketahui adalah salah satu
elemen fundamental penyusun materi. Partikel-partikel dengan ukuran kecil dari
atom (seperti netron, proton, dan elektron) disebut partikel subatomik.
Pada tahun
1964 Murray Gell-mann dan George Zwei mempublikasikan proposal baru tentang
partikel titik. Perilaku ratusan partikel dapat dijelaskan sebagai kombinasi
dari elemen fundamental yang bernama: QUARK. Quark bersama elektron kemudian
menjadi 2 partikel pembentuk materi pertama yang ditemukan.
Gell-mann
mendapat hadiah Nobel tahun 1969 atas sumbanganya mengklasifikasi elemen
fundamental. Keberadaan quark kemudian terbukti lewat beberapa eksperimen
dengan metoda scattering.
Anti
Partikel
Anti
partikel pertama kali diramalkan oleh Dirac dalam persamaan Dirac. Persamaan
Dirac adalah persamaan yang berhasil mengawinkan konsep relativitas khusus
dengan mekanika kuantum. Persamaannya yang dipublikasikan pada tahun 1928 ini
memperbaiki persamaan Schrodinger yang tidak bisa dipakai untuk kasus
relativisik. Kasus relativistik adalah melibatkan kecepatan mendekati kecepatan
cahaya. Elektron misalnya, pada kenyataannya bergerak mendekati kecepatan
cahaya.
Dipostulatkan
bahwa setiap partikel memiliki anti partikel, memiliki sifat yang sama kecuali
muatannya berbeda. Misalnya positron adalah anti partikel dari elektron,
memiliki massa, ukuran, mematuhi semua hukum konservasi yang juga dipatuhi
elektron, namun muatannya adalah positif.
Apa yang
terjadi apa bila partikel bertemu dengan anti partikelnya? Inilah yang disebut
proses penghilangan (annihiliation process Energi. Energi ini biasanya
dibawa oleh partikel khusus (partikel ini adalahà): Partikel + Anti partikel exchange particle untuk
masing-masing interaksi ¡¦dibahas pada bagian berikutnya), misalnya photon (disebut jugaàdalam contoh elektron + positron pair annihilation).
Sesuai hukum kekekalan energi, maka photon ini juga akan bisa menghasilkan
elektron + postiron (disebut pair production).
Keberadaan
anti partikel itu pertama kali dibuktikan oleh Carl Anderson pada tahun 1932 di
Fermilab, Chicago Amerika Serikat. Anderson menembakkan partikel bermuatan ke
dalam bubble chamber yang berisi superheated liquiddan
dikelilingi medan magnet. Partikel akan meninggalkan jejak pada uap cairan
tersebut, dan partikel bermuatan akan dibelokkan oleh medan magnet. Arah belok
partikel selalu berlawanan arah dengan anti partikelnya. Carl Anderson meraih
penghargaan Nobel pada tahun 1935 atas sumbangannya itu.
Pada awal
penciptaan alam semesta, jumlah partikel dengan anti partikelnya adalah sama,
mereka berada dalam keadaan setimbang. Sekarang, jumlah anti partikel jauh
lebih sedikit daripada partikelnya. Inilah yang disebut dengan “masalah materi
¡¦anti materi”, satu dari beberapa PR besar fisikawan.
Konsep
Partikel Pembangun Materi
Sejauh ini,
sudah diketahui beberapa fundamental elemen atau partikel dasar (elementer
particle) yang membentuk materi. Mereka diklasifikasikan atas 2 jenis: quark dan lepton.
Quark ini
memiliki 6 tipe atau flavors (dikategorikan dalam 3 famili
atau generasi): up/down, charm/strange, dan top/down. Semua materi di alam
semesta kita dibentuk oleh kombinasi quarks ini: kombinasi quark-anti quark
membentuk meson, dan tiga kombinasi quark membentuk baryon.
Baru-baru ini ditemukan bukti keberadaan lima kombinasi quark membentuk
partikel, disebut jenis pentaquark. Proton dan Netron, dua partikel
subatom yang kita kenal, adalah contoh jenis baryon.
Sebagaimana
quark, lepton juga memiliki 6 tipe (juga dikelompokkan dalam 3 famili atau
generasi): elektron/elektron-neutrino, muon/muon-neutrino, dan
tau/tau-neutrino.
Kombinasi
proton-neutron-elektron membentuk atom, kombinasi atom membentuk molekul,
kumpulan molekul membentuk senyawa atau campuran ataupun larutan yang secara
kasat mata bisa kita lihat.
Interaksi
Fundamental Alam Semesta
Fenomena
interaksi antar partikel dijelaskan dengan keberadaan partikel pembawa
interaksi yang saling dipertukarkan oleh partikel-partikel terlibat.
Apa yang
terjadi ketika dua orang ini saling melempar dan menerima bola? mereka saling
menjauh. Fenomena ini dijelaskan sederhana oleh Hukum III Newton Aksi-Reaksi.
Interaksi antar partikel bisa dijelaskan dari fenomena yang sama: partikel A
dan B berinteraksi dengan saling mempertukarkan sebuah partikel; partikel ini
disebut sebagai exchange particle.
Ada empat
interaksi fundemental: interaksi gravitasi (gravitational interaction),
interaksi elektromagnetik (electromagnetic interaction), interaksi lemah
(weak interaction), dan interaksi kuat (strong interaction).
Setiap interaksi memiliki partikel pembawa interaksi khusus, yang cuma bisa
bekerja spesifik pada interaksi tertentu. Kita akan bahas secara singkat satu
per persatu masing-masing interaksi tersebut.
Interaksi
gravitasi membuat benda jatuh ke tanah dan juga pegerakan planet
dan galaksi. Makin masif benda maka makin besar dia merasakan interaksi
gravitasi; sebaliknya makin jauh jarak dua benda maka makin berkurang interaksi
gravitasi bekerja. Karena itulah, pada skala mikrokosmik (level partikel) maka
interaksi ini bisa diabaikan. Interaksi gravitasi dijelaskan oleh Teori
Relativitas Umum Einstein. Partikel pembawa interaksi ini adalah graviton,
eksis secara teori namun belum ditemukan sejauh ini dalam eksperimen.
Interaksi
elektromagnetik menyebabkan semua fenomena menyangkut listrik dan
magnetik; nyaris seluruh teknologi yang ada sekarang berdasarkan interaksi ini.
Interaksi elektromagnetik dijelaskan oleh Quantum Electrodynamics (QED),
dimana Richard Feynman, Julian Schwinger, dan Sin-itiro Tomonaga berbagi hadiah
nobel untuk hal ini di tahun 1965. Sejauh ini, QED adalah teori kuantum yang
paling sukses yang pernah ada; kecocokannya dengan eksperimen ibarat mengukur
jarak Bandung-Surabaya dengan ketelitian helaian rambut. Partikel pembawa
interaksi adalah foton, atau partikel cahaya, yang dipostulatkan oleh Max
Planck pada awal 1900 dan ditemukan oleh Einstein pada 1905 lewat percobaan
efek fotoelektriknya. Einstein meraih Nobel pada 1922 untuk percobaannya
ini.
Interaksi
lemah terjadi
pada skala subatomik, bertanggung jawab pada peluruhan radioaktif seperti
peluruhan beta. Sheldon Glashow, Abdus Salam, dan Steven Weinberg (hadiah nobel
1979) membuat teori umum untuk interaksi lemah dan secara menakjubkan berhasil
membuat teori unifikasi interaksi elektromagnetik dan weak: electroweak
unification theory. Trio ini juga memprediksi partike W dan Z sebagai
exchange particle dalam interaksi lemah, yang kemudian ditemukan 3 tahun
kemudian oleh Carlo Rubbia dan Simon van der Meer (hadiah nobel 1984).
Interaksi
kuat juga terjadi
pada skala subatomik namun cuma dirasakan oleh quark. Nobel Fisika 2004 jatuh
pada tema ini; Trio nobel 2004 mempublikasikan temuan mereka pada tahun 1973
perihal gluon (dari kata glue atau lem) sebagaiexchange particle dalam
interaksi kuat. Temuan ini memulai sebuah teori baru dalam teori medan kuantum:
Quantum Chromodynamic (QCD), teori khusus untuk mempelajari fenomena dalam
interaksi kuat.
Gluon ini
memiliki sifat yang berbeda dengan partikel pembawa interaksi lainnya, mereka
bisa berinteraksi sesama mereka. Interaksi antar gluon ini berkurang ketika
jarak antar quark berkurang, akibatnya interaksi antar quark berkurang. (Ini
tentu berbanding terbalik dengan interaksi elektromagnetik yang berbanding
terbalik dengan jarak antar partikel). Sebaliknya, jika jarak jarak antar quark
bertambah maka interaksi antar gluon meningkat, sehingga interaksi antar quark
bertambah. Ini membuat quark tidak bisa dipindahkan dari inti atom; hal ini
pula-lah yang membuat proton-proton tidak saling tolak-menolak dalam inti atom
walau sama-sama bermuatan positif. Sifat ini disebut “kebebasan
asimptotik”.
Sifat lain
dari quark ini dalam teori QCD adalah nomor kuantum “warna” ¡¦sebagaimana
pelabelan spdf pada nomor kuantum elektron. Warna itu sendiri adalah identitas
quark (ibarat muatan pada elektromagnetik), yang membuat quark mematuhi
Larangan Pauli: tidak ada partikel yang identik berada pada level energi yang
sama. Proton misalnya, terbuat dari 2 quark up dan 1 quark down, namun 2 quark
up ini dipastikan memiliki warna yang berbeda. Jika tidak, maka Larangan Pauli
dilanggar.
Sifat-sifat
ini menjelaskan kenapa quark tidak pernah diamati sebagai partikel bebas (free
particle). Keterjebakannya bersama quark yang lain disebutconfinement of
quark. Salah satu cara melihat confinement of quark ini disebut bag model.
Bayangkan para quark ini berada dalam satu tas plastik yang elastis, dimana
para quarks bergerak bebas di dalamnya, selama kita tidak mencoba memisahkan
mereka. Tapi ketika kita mencoba menarik satu quark keluar, tas plastik itu
merenggang dan bertahan (agar tidak sobek). Ketika pemberian energi untuk
memisahkan mereka makin besar, yang terjadi justru terbentuknya partikel jenis
meson!
Beberapa
eksperimen sudah menunjukkan banyak kesepakatan dengan ramalan QCD, dan yang
paling penting adalah ramalan teori QCD terhadap konstanta kopling (simbol:
alfa).
Model
Standar dan Unifikasi Semua Teori
Semua ilmu
dan pemahaman Fisika Partikel ini dirangkum dalam sebuah model yang
menggambarkan partikel dasar dan interaksinya: Acuan Model. Sampai saat ini
sudah banyak fenomena partikel yang sudah dimengerti lewat model ini. Ratusan
partikel sudah diprediksi berserta sifat-sifatnya, dan banyak sekali yang cocok
dengan hasil eksperimen.
Temuan Gross
dan kawan-kawan ini semakin mendekatkan impian para ahli fisika teoritis
seluruh dunia: membuat satu teori untuk menjelaskan 3 interaksi dasar partikel
(elektromagnetik, lemah, dan kuat) yaitu Teori Unifikasi Agung (atau Grand
Unified Theory, GUT).
Teori QCD,
bersama-sama teori QED dan teori unifikasi Electroweak, semakin menyempurnakan
Model Standar ini. Ketiga teori ini menunjukkan sebuah kemungkinan adanya satu
teori bersama (GUT) pada partikel dengan energi 10E15 GeV (10 pangkat 15 GeV, 1
GeV = 10E9 eV). Angka ini adalah sangat ekstrim tinggi bahkan dilingkungan
Fisika Energi Tinggi (High Energy Physics) sekalipun! Pemercerpat partikel
terbaik buatan manusia hanya sanggup menghasilkan partikel dengan energi orde
MeV (10E6 eV).
Namun
kalkulasi ini memerlukan satu asumsi lagi: supersimetri partikel. Jika asumsi
ini terbukti, maka Teori Unifikasi Agung ini adalah langkah terakhir untuk
menyatukan interaksi terakhir, interaksi graviatasi, dalam satu teori: Theory
of Everything (ToE), atau Teori Segalanya, impian Einstein semenjak 1920 yang
tidak pernah dia capai sampai akhir hayatnya.
Oke segitu dulu yah....
bye...
Wassalamualaikum Wr. Wb..
Anda Sekarang Sedang Baca Artikel Tentang Bagaimana Fisika Partikel Menguraikan Fenomena Dasar Alam Semesta Anda Bisa Menemukan Artikel Bagaimana Fisika Partikel Menguraikan Fenomena Dasar Alam SemestaSaya Ini, dengan url http://irineurakhmahfauziah.blogspot.com/2012/11/bagaimana-fisika-partikel-menguraikan.html, Kamu Juga Boleh Menyebar Luaskan Artikel Ini Atau Mengcopy Paste Artikel Bagaimana Fisika Partikel Menguraikan Fenomena Dasar Alam Semesta ini Jika Memang Berrmanfaat. Tapi Saya Harap Anda Jangan Lupa Menyertakan Link Bagaimana Fisika Partikel Menguraikan Fenomena Dasar Alam Semesta Sumbernya. Thank's
Tidak ada komentar:
Posting Komentar