Apakah Ilmu Fisika Baru Telah Lahir? Akselerator Atom Temukan Kejutan Antimateri

By fisikaku 

Akselerator partikel (atom smasher) terbesar di dunia, yang dirancang sebagai sebuah portal bagi pandangan-pandangan yang baru tentang fisika, telah menghasilkan temuan pertamanya dari sesuatu yang tak terduga-duga: pecahan-pecahan materi yang tidak bertingkah laku sama dengan antimateri (antimatter counterparts) dari materi-materi tersebut.

Penemuan tersebut, dipastikan, bisa mengkoreksi hukum fisika partikel (particle physics) dan membantu menjelaskan mengapa alam semesta kita ini terdiri dari sebagian besar materi dan bukannya antimateri (antimatter.)

Para ilmuwan di Large Hadron Collider, akselerator partikel berbentuk lingkaran sepanjang 17 mil (27km) di bawah tanah (underground) di dekat Geneva, Swiss, telah menabrakkan proton pada kecepatan yang tinggi untuk menciptakan ledakan energi. Dari energi ini tercipta banyak partikel subatom.

Sekarang para peneliti dari LHCb experiment milik akselerator tersebut melaporkan bahwa sebagian partikel materi yang tercipta di dalam mesin tersebut tampak bertingkah laku berbeda dari pasangan antimateri mereka, yang boleh jadi merupakan penjelasan parsial terhadap misteri antimateri.  [The Coolest Little Particles in Nature]

Antimateri yang hilang

Para ilmuwan berpikir alam semesta ini pada mulanya terbentuk dari materi dan antimateri (matter and antimatter) dengan jumlah yang setara. (Partikel antimateri mempunyai massa yang sama dengan kembaran mereka (materi) tapi mempunyai muatan (charge) yang berbeda). Namun selama 14 miliar tahun yang kemudian, kebanyakan dari antimateri tersebut mengalami kehancuran, dan menyisakan alam semesta ini yang terdiri dari sebagian besar materi.

Saah satu penjelasan potensial dari kejadian ini adalah apa yang disebut “charge-parity violation" (penyimpangan paritas muatan) (CP violation).  CP violation artinya bahwa partikel yang mempunyai muatan yang berlawanan bertingkah laku berbeda satu sama lain.

Para peneliti di LHCb telah menemukan bukti awal bahwa hal ini terjadi ketika partikel-partikel yang dinamakan D-mesons, yang mengandung "charmed quarks," memuai (decay) menjadi partikel-partikel lain, partikel yang bernama ganjil, charmed quarks ini, seperti halnya pertikel-partikel eksotik yang lain, sangat tidak stabil, yang hanya bisa bertahan dalam pecahan detik. Partikel-partikel ini dengan cepat memuai (decay) ke dalam partikel-partikel lain, dan produk inilah yang dideteksi oleh eksperimen tersebut. ("LHCb" adalah singkatan dari LHC-beauty,quark dalam bentuknya yang lain.)

Dari eksperimen tersebut, para peneliti tersebut menemukan sebuah perbedaan sebesar 0,8 persen dari probabilitas bahwa materi dan versi-versi antimateri dari partikel-partikel  ini akan memuai (decay) menjadi bentuk akhir tertentu.

Menepis kebetulan (Ruling out a fluke)

Berbicara tentang fisika partikel (particle physics), artinya kita berbicara tentang kualitas statistik. Mengukur sesuatu sebanyak satu kali saja tidaklah ada artinya karena terdapat derajat ketidakpastian yang tinggi di dalam sistem yang kecil namun eskotik tersebut. Para ilmuwan selalu mengandalkan pengukuran yang berulang-ulang—sehingga cukup untuk menghapuskan kemungkinan adanya fluke (sebuah kebetulan belaka).

Penemuan baru ini diberi peringkat kepercayaan sebesar "3,5 sigma" artinya satistik yang digunakan cukup solid sehingga hanya ada kemungkinan 0,05 persen bahwa pola yang mereka lihat tersebut tidak benar-bendar ada. Agar sebuah penemuan disebut sebagai kebenaran yang nyata dalam ilmu fisika partikel, tingkat kepercayaannya harus sebesar 5 sigma.

“Hal ini tentu saja menarik, dan berharga untuk dikejar,” kata peneliti LHCb Mathew Charles dariEngland's Oxford University pada LiveScience. Pada titik ini, temuan ini merupakan sesuatu yang menarik. Ini adalah bukti bahwa ada sesuatu yang menarik yang sedang berlangsung di luar sana, tapi kita seperti menyimpan champagne di dalam es, katakanlah demikian.

Pada akhir tahun 2012, kata Charles, Large Hadron Collider harus sudah mengumpulkan data yang cukup untuk mengkonfirmasi atau membatalkan hasil temuan mereka tersebut.

Kelahiran LHC's

Jika temuan tersebut terbukti, maka ini akan jadi penemuan yang besar, karena hal ini berarti bahwa teori fisika partikel yang menjadi acuan saat ini, yang disebut Model Standar (Standard Model), masih belum komplit. Saat ini Model Standar mengakomodasi penyimpangan CP (CP violation) yang minor, tetapi tidak pada level 0,8 persen. Untuk menjelaskan hasil-hasil ini, para ilmuwan harus mengubah teori mereka atau menambahkan beberapa fisika baru pada gambar yang sudah ada.

Terbukti atau tidak terbukti, LHC akan mengklaim kelahirannya.

“Tujuan LHC secara keseluruhan adalah untuk menemukan dan memahami fisika-fisika baru di luar Model Standar tersebut,” kata Charles. “Analisis jenis inilah yang menyebabkan saya bergabung dengan LHCb.”

Salah satu contoh yang memungkinkan dari jenis fisika baru yang boleh jadi bisa menjelaskan penyimpangan CP (CP violation) tersebut adalah apa yang disebut supersymmetry. Teori ini mengisyaratkan bahwa sebagai tambahan dari semua partikel yang diketahui, terdapat apa yang disebut partikel-partikel yang merupakan partner dari supersymmetry (supersymmetric partner particles) yang berbeda sebanyak setengah unit spin. Spin adalah salah satu karakteristik dasar dari partikel-partikel elementer.

Sejauh ini, tidak ada seorang pun yang telah menemukan bukti adanya supersymmetry. Tapi jika partikel-partikel supersymmetry benar ada, partikel-partikel tersebut boleh jadi tercipta secara cepat dan menghilang lagi selama terjadinya proses pemuaian partikel (particle-decay process). Dengan demikian, partikel-partikel supersymmetry tersebut bisa mengganggu proses pemuaian (decay process), yang secara potensial bisa menjelaskan mengapa materi dan antimateri memuai (decay) dengan cara yang berbeda-beda.