Hasil Studi Terbaru Cern Menghasilkan Fisika Baru

Admin Oktober 23, 2021 0

 

Layar Kunci - Large Hadron Collider (LHC) memicu kegembiraan di seluruh dunia pada bulan Maret 2021 ketika fisikawan partikel melaporkan bukti menggiurkan untuk fisika baru. Laporan ini berpotensi menjadi kekuatan alam baru. Penumbuk partikel raksasa Cern tampaknya menambahkan dukungan lebih lanjut pada gagasan tersebut.

 

Teori partikel dan gaya terbaik kita saat ini dikenal sebagai model standar menjelaskan semua yang kita ketahui tentang benda-benda fisik yang membentuk dunia di sekitar kita dengan akurasi yang tepat. Model standar tidak diragukan lagi merupakan teori ilmiah paling sukses yang pernah ditulis, namun pada saat yang sama kita tahu itu pasti tidak lengkap.

 

Kita menggambarkan tiga dari empat gaya fundamental yaitu gaya elektromagnetik dan gaya kuat dan lemah, meninggalkan gravitasi. Tidak ada penjelasan untuk materi gelap yang menurut astronomi mendominasi alam semesta. Tidak dapat pula menjelaskan bagaimana materi bertahan sesuai teori Big Bang. Oleh karena itu, sebagian besar fisikawan yakin bahwa pasti ada lebih banyak bahan kosmik yang belum ditemukan. Tentunya harus mempelajari berbagai partikel fundamental yang dikenal sebagai beauty quark adalah cara yang sangat menjanjikan untuk mendapatkan petunjuk tentang apa lagi yang mungkin ada di luar sana.

 

Beauty quark, kadang-kadang disebut bottom quark adalah partikel fundamental yang pada gilirannya membentuk partikel yang lebih besar. Ada enam rasa quark yang di-dubbing ke atas, ke bawah, aneh, pesona, keindahan/bawah, dan kebenaran/atas. Quark atas dan bawah, misalnya, menyusun proton dan neutron dalam inti atom.

 

Beauty quark tidak stabil, hidup rata-rata hanya sekitar 1,5 triliun detik sebelum meluruh menjadi partikel lain. Cara peluruhan beauty quark dapat sangat dipengaruhi oleh keberadaan partikel atau gaya fundamental lainnya. Ketika beauty quark meluruh, ia berubah menjadi sekumpulan partikel yang lebih ringan, seperti elektron, melalui pengaruh gaya lemah. Salah satu cara kekuatan alam baru dapat membuat dirinya diketahui oleh kita adalah dengan mengubah secara halus seberapa sering beauty quark meluruh menjadi berbagai jenis partikel.

 

Studi tersebut didasarkan pada data dari percobaan LHCb, salah satu dari empat detektor partikel raksasa yang merekam hasil tabrakan energi ultra tinggi yang dihasilkan oleh LHC. Ditemukan bahwa beauty quark meluruh menjadi elektron dan sepupu mereka yang lebih berat yang disebut muon pada tingkat yang berbeda. Ini benar-benar mengejutkan, karena menurut model standar, muon pada dasarnya adalah salinan karbon dari elektron yang identik dalam segala hal kecuali sekitar 200 kali lebih berat. Ini berarti bahwa semua gaya harus menarik elektron dan muon dengan kekuatan yang sama  ketika beauty quark meluruh menjadi elektron atau muon melalui gaya lemah. Ia harus melakukannya dengan frekuensi yang sama.

 

Sebaliknya peluruhan muon hanya terjadi sekitar 85% sesering peluruhan elektron. Dengan asumsi hasilnya benar, satu-satunya cara untuk menjelaskan efek seperti itu adalah jika beberapa kekuatan alam baru yang menarik elektron dan muon secara berbeda mengganggu bagaimana beauty quark meluruh.

 

Hasilnya menyebabkan kegembiraan besar di antara fisikawan partikel. Tim telah mencari tanda-tanda sesuatu di luar model standar selama beberapa decade. Sejauh ini tidak ada yang konklusif ditemukan. Jadi menemukan kekuatan alam baru akan menjadi masalah besar dan akhirnya dapat membuka pintu untuk menjawab beberapa misteri terdalam yang dihadapi sains modern.

 

Meskipun hasilnya menggiurkan, tetapi tidak konklusif. Semua pengukuran datang dengan tingkat ketidakpastian atau kesalahan tertentu. Dalam hal ini, hanya ada sekitar satu dari 1.000 kemungkinan bahwa hasilnya adalah goyangan statistik acak  atau "tiga sigma" seperti yang kita katakan dalam bahasa fisika partikel.

 

Satu dari 1.000 mungkin kedengarannya tidak banyak, tetapi tim melakukan pengukuran dalam jumlah yang sangat besar dalam fisika partikel. Sehingga Anda mungkin mengharapkan segelintir kecil untuk mengeluarkan outlier hanya secara kebetulan. Agar benar-benar yakin bahwa efeknya nyata, kita perlu mendapatkan lima sigma yang sesuai dengan kemungkinan kurang dari satu dalam sejuta efek menjadi kebetulan statistik yang kejam.

 

Untuk sampai ke sana, tim perlu mengurangi ukuran kesalahan dan untuk melakukan hal tersebut, tim membutuhkan lebih banyak data. Salah satu cara untuk mencapainya adalah dengan menjalankan eksperimen lebih lama dan mencatat lebih banyak peluruhan. Eksperimen LHCb saat ini sedang ditingkatkan untuk dapat merekam tabrakan pada tingkat yang jauh lebih tinggi di masa depan. Hal ini akan memungkinkan tim melakukan pengukuran yang jauh lebih tepat. Tapi tim juga dapat mendapatkan informasi yang berguna dari data yang sudah direkam dengan mencari jenis peluruhan serupa yang lebih sulit dikenali.

 

Tim tidak pernah benar-benar mempelajari peluruhan beauty quark secara langsung, karena semua quark selalu terikat bersama dengan quark lain untuk membuat partikel yang lebih besar. Studi bulan Maret 2021 melihat beauty quark yang dipasangkan dengan quark "naik". Hasilnya tim mempelajari dua peluruhan: satu di mana beauty quark yang dipasangkan dengan quark "turun" dan yang lain di mana mereka juga dipasangkan dengan quark atas. Bahwa pasangannya berbeda seharusnya tidak menjadi masalah dimana peluruhan yang terjadi jauh di lubuk hati adalah sama. Tim berharap untuk melihat efek yang sama, jika memang ada kekuatan baru di luar sana.

 

Peluruhan muon hanya terjadi sekitar 70% lebih sering dari peluruhan elektron tetapi dengan kesalahan yang lebih besar, artinya hasilnya sekitar "dua sigma" dari model standar (sekitar dua dalam seratus peluang menjadi anomali statistik ). Ini berarti bahwa sementara hasilnya tidak cukup tepat untuk mengklaim bukti kuat untuk kekuatan baru, itu sangat dekat dengan hasil sebelumnya dan menambahkan dukungan lebih lanjut pada gagasan bahwa kita mungkin berada di ambang kekuatan besar.

 

Terdapat beberapa cara yang harus dilakukan sebelum tim dapat mengklaim dengan tingkat kepastian bahwa tim benar-benar melihat pengaruh kekuatan kelima alam. Tim bekerja keras untuk memeras sebanyak mungkin informasi dari data yang ada, sambil sibuk mempersiapkan percobaan pertama LHCb yang ditingkatkan. Sementara itu, eksperimen lain di LHC, serta eksperimen Belle 2 di Jepang, mendekati pengukuran yang sama. Sangat menarik untuk berpikir bahwa dalam beberapa bulan atau tahun ke depan sebuah jendela baru dapat dibuka pada bahan-bahan paling mendasar dari alam semesta kita. (*)