10 Kejutan Subatomik

Abad ke-20 membawa banyak penemuan mengejutkan tentang alam subatomik, termasuk banyak jenis partikel subatomik, beberapa di antaranya terlihat di atas setelah terjadinya tabrakan ion emas di Brookhaven National Laboratory Relativistic Heavy Ion Collider (Hak cipta gambar pada Brookhaven National Laboratory).

Neutrino sangat populer diantara penerima hadiah Nobel fisika.

Pada tahun 1995 Fred Reines memenangkan Nobel fisika untuk mendeteksi neutrino, partikel subatomik aneh yang menurut para ahli tidak akan pernah bisa dideteksi. Pada tahun 2002, Ray Davis dan Masatoshi Koshiba memenangkan Nobel untuk pengukuran berapa banyak neutrino Matahari yang dikirimkan ke Bumi. Pada tahun 1988, hadiah fisika diberikan atas penemuan muon, salah satu dari tiga “rasa” dalam keluarga neutrino. Dan tahun ini, Takaaki Kajita dan Arthur McDonald berbagi hadiah untuk menunjukkan bahwa neutrino dapat mengubah diri dari satu “rasa” ke “rasa” lain.

Wolfgang Pauli, fisikawan Austria yang memprediksi keberadaan neutrino, juga memenangkan Nobel, tetapi tidak untuk neutrino (dia melakukan banyak hal yang sangat penting lainnya). Dia mungkin telah memenangkan untuk neutrino. Hanya saja prediksinya diberikan dalam bentuk surat kepada fisikawan yang menghadiri konferensi ketika Pauli memutuskan untuk melewatkan. Saat itu ia lebih memilihb hadir ke pesta dansa ketimbang konferensi fisikawan.

Gagasan Pauli mengenai partikel yang sebelumnya tidak diketahui dan tak bermuatan bisa menjelaskan misteri fisika yang membingungkan merupakan kejutan. Partikel yang akhirnya terdeteksi mungkin masih bahkan lebih mengejutkan. Tapi neutrino hanya salah satu dari banyak kejutan dari alam subatomik yang fisikawan jumpai selama abad ke-20. Banyak kejutan dari alam subatomik. Berikut 10 topik teratas mengenai materi kasat mata tersebut. Dimulai dengan:

10. Serupa subatomik

Sepanjang abad ke-19, keberadaan atom merupakan topik panas. Sebagian besar berkat keberhasilan teori atom dalam kimia yang dicetuskan oleh guru bahasa Inggris John Dalton. Sebelum itu atom merupakan konsep filosofis yang muncul dalam argumen tentang sifat akhir dari materi tetapi biasanya dianggap di luar jangkauan penyelidikan eksperimental. Banyak fisikawan percaya atom merupakan fiksi, tidak secara fisik nyata. Tapi petunjuk yang dikumpulkan menunjukkan bahwa atom tidak hanya ada, tetapi ada yang lebih kecil daripada atom, jika pengertian etimologi atom sebagai sesuatu yang tak terbagi. Pengulangan periodik sifat atom yang diidentifikasi oleh kimiawan Rusia Dmitri Mendeleyev menunjukkan semacam struktur atom internal. Pada akhir abad ke-19 petunjuk lebih menumpukbanyak. Penemuan elektron oleh JJ Thomson pada tahun 1897 – partikel subatomik pertama yang diidentifikasi – cukup banyak merebut bagian dalam kasus atom.

9. Inti Atom

Setelah fisikawan setuju bahwa atom memiliki bagian, tugas berikutnya mencari tahu bagaimana bagian-bagian atom tersusun. Thomson mengusulkan bahwa elektron bermuatan negatif dan tersebar pada muatan positif seperti roti kismis (plum pudding model ). Tapi ketika Ernest Rutherford yang notabene asistennya menembakkan partikel alfa pada lembaran tipis emas, beberapa partikel alfa memantul ke belakang. Untuk mengungkapkan keterkejutannya, Rutherford berkomentar bahwa itu seperti menembak sebuah kulit artileri di selembar kertas tisu dan melihatnya memantul kembali pada penembaknya. Dengan cepat dia mengetahui bahwa hampir semua massa atom itu remuk berubah menjadi bola kecil di tengah. Rutherford menyebutnya inti bola; yang sekarang dikenal sebagai inti.

8. Neutron

Sebelum tahun 1930-an, fisikawan mengetahui tentang dua partikel subatomik: proton dan elektron, yang tampaknya untuk menjelaskan segala sesuatu tentang materi. Tapi pada tahun 1920 Rutherford telah menyarankan adanya partikel lain dalam inti, partikel netral dengan massa yang sama dengan proton. Pada tahun 1932, anak didik Rutherford, James Chadwick menemukan neutron. Penemuan neutron adalah kejutan besar. Hans Bethe, salah satu fisikawan nuklir yang paling menonjol abad lalu, pernah menyatakan bahwa meskipun Rutherford sudah memprediksi keberadaan neutron, namun tak ada yang percaya selain Chadwick. 

7. Partikel Subatom Sebenarnya Gelombang (kadang-kadang)

Thomson memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1906 untuk percobaan pertama yang menunjukkan adanya partikel subatomik yang diketahui saat itu, elektron. Dia mungkin terkejut ketika George, anaknya, pada tahun 1937, juga memenangkan Hadiah Nobel – untuk menunjukkan bahwa elektron (setidaknya dalam beberapa percobaan) sebenarnya gelombang. Dualitas gelombang–partikel ini merupakan jantung fisika kuantum, yang tentu saja penuh dengan begitu banyak kejutan yang akan didapatkan suatu hari nanti. 

6. Neutrino Dapat Dideteksi

Pada tahun 1934, Bethe dan Rudolf Peierls menghitung bahwa neutrino dapat berinteraksi lemah dengan materi. Mereka menyimpulkan bahwa tak ada cara praktis mengamati neutrino. Diperlukan tangki materi padat (mungkin hidrogen cair) sekitar 1000 tahun cahaya. Tidak ada cara untuk melakukan itu pada tahun 1934., Tetapi setelah pembelahan nuklir ditemukan beberapa tahun kemudian, dan kemudian reaktor nuklir diciptakan, fisikawan memiliki sumber produktif neutrino. Lalu Fred Reines dan Clyde Cowan mengatur detektor luar reaktor (setelah memikirkan kembali gagasan pertama mereka yang untuk memicu bom atom) dan dicatat bukti yang jelas dari keberadaan neutrino pada tahun 1956. Mereka terpacu mendeteksi neutrino karena semua orang mengatakan tidak bisa melakukannya.

5. Ada Trilyun Partikel Subatomik

Pada tahun 1950, fisikawan telah membangun penghancur atom yang cukup kuat tidak hanya untuk mengungkapkan partikel dalam atom, tapi untuk membuat subatomik baru yang ukurannya tak seperti atom biasa. Puluhan partikel baru muncul dalam puing-puing atom yang tertumbuk. Jumlah partikel ini melebihi jumlah huruf yang tersedia dalam alfabet Yunani. Leon Lederman (salah satu pemenang Nobel 1988 untuk penemuan neutrino muon) pernah mengungkapkan ketika ia antri makan siang dengan Fermi, ia bertanya pada fisikawan besar tersebut tentang apa yang dipikirkannya mengenai partikel V–nol–2 yang baru ditemukan. “Anakku,” jawab Fermi pada Leon, “jika aku bisa mengingat nama-nama partikel-partikel ini aku akan menjadi seorang ahli botani.” Saking banyaknya partikel tersebut.

4. Quark

Pada tahun 1950, fisikawan terkejut untuk mempelajari mengenai semua partikel subatomik yang tidak benar-benar berada di dalam atom. Kemudian pada tahun 1960 muncul kejutan bahwa partikel subatomik yang berada di inti atom terdiri satu set dari tiga partikel yang masih lebih kecil dan partikel-partikel tersebut membawa sebagian kecil muatan listrik yang seharusnya dibawa kesatuan proton atau elektron. Murray Gell-Mann, yang menyebutnya partikel-partikel quark, hampir menyerah pada gagasan yang dianggap mustahil oleh kebanyakan orang. Tapi begitu ia menyadari quark tidak bisa lepas dari inti, ia menerbitkan gagasannya yang kemudian memenangkan hadiah Nobel. Beberapa tahun kemudian, ketika percobaan membenarkan adanya quark, banyak fisikawan terkejut. Tapi Gell-Mann tidak.

3. Parity Violation

Jauh sebelum ledakan penemuan partikel subatomik, matematikawan Hermann Weyl mencatat bahwa alam tahu apa-apa tentang wenangan (atau paritas). “Tidak dapat diragukan lagi,” tulisnya, “bahwa semua hukum alam yang invarian terhadap suatu pertukaran kanan dan kiri.” Tapi kemudian pada tahun 1956, Chen Ning Yang dan Tsung–Dao Lee mengangkat beberapa keraguan bahwa kesimetrisan kiri-kanan dipatuhi di dalam kasus-kasus tertentu ketika partikel-partikel subatomik membusuk. Segera setelah itu percobaan mengonfirmasi dugaan Yang dan Lee. Lederman menyebutkan bahwa keberhasilan ini sangat mengejutkan.

2. Proton Tidak Membusuk

Di luar inti atom, neutron terkenal tidak stabil, dapat membusuk dalam beberapa menit untuk membentuk proton, elektron, dan neutrino (maupun antineutrino, tapi itu tidak penting sekarang). Proton yang tersisa meskipun diduga stabil dan seharusnya berlangsung selamanya. Tapi pada tahun 1970-an, ahli fisika teori mulai percaya bahwa proton juga harus membusuk (meskipun dalam triliunan triliunan triliunan tahun, bukan beberapa menit). Tapi ini belum mengejutkan. Tanda-tanda untuk berusaha mendeteksi pembusukan proton lah yang merupakan kejutan yang lebih besar.

1. Positron

Pada tahun 1932, neutron itu bukan satu-satunya partikel subatomik mengejutkan yang ditemukan. Pada tahun yang sama Carl Anderson menganalisis lintasan sinar kosmik dalam ruang awan dan menemukan satu yang tampak seperti berasal sebuah elektron, hanya saja melengkung ke arah yang salah. Ternyata menjadi positron, yang merupakan anti-partikel dari elektron (Anderson menyebutnya sebagai “elektron positif“). Penemuan partikel antimateri itu barangkali merupakan kejutan besar. Tapi mungkin belum. Karena Paul Dirac telah menyimpulkan keberadaannya dengan menganalisis persamaan nya menggambarkan elektron. Jadi mungkin hal yang mengejutkan adalah bahwa seseorang bisa menyimpulkan adanya sesuatu yang begitu aneh hanya dengan bermain-main dengan persamaan matematika.

Sumber : Science News

Editor : Adib RS