Pencarian Partikel Elementer, Dari Atom ke Elektron Sampai Quark

Lama sudah saya tidak posting di blog, maklumlah berhubung mau Ujian Nasional jadi banyak yang kudu di siapin, mulai dari TO, TO, dan juga TO (ternyata saya sudah gila sama TO).
well sekarang saya sudah agak bebas karna berada dalam kawasan minggu tenang, walaupun minggu depannya UN, saya maksimalkan minggu ini buat ngehotspot dan F5 alias refresh.

walah tanpa diasadari sudah banyak curhat yee sayanya -__- yaudah langsung saja kita masuk ke pokok permasalahan, yang sampai sekarang masih menjadi masalah dalam ilmu fisika, yaitu yentang Partikel Elementer, Cekidot Brother and Sister.

SUDAH sejak lama orang berpikir, materi yang dilihat sehari-hari bisa terurai menjadi sesuatu benda yang sangat kecil. Benda yang sangat kecil ini pula yang menyusun dan membentuk alam semesta. Ide ini setidak-tidaknya sudah tercetus pada abad ke-6 SM di kalangan filsuf Yunani seperti Leucippus, Democritus, dan Epicurus. Pandangan ini disebut “atomisme”. Benda kecil tersebut disebut partikel elementer, yang dalam fisika modern didefenisikan sebagai partikel-titik yang tidak memiliki struktur internal lagi.

Sejak zaman dahulu orang-orang sudah memikirkan perihal partikel elementer ini. Orang sempat berpikir, air, api, tanah, dan udara adalah elemen dasar yang membangun alam semesta. Namun tentu saja hal diatas adalah mitos belaka. Api jelas adalah bentuk energi, sementara air, tanah, dan udara adalah materi itu sendiri. Walau demikian, ide dari pencarian elemen fundamental itu adalah sebuah hal yang jenius yang patut dicermati dan diseriusi.

Artikel ini akan bercerita tentang perjalanan panjang umat manusia dalam pencarian partikel elementer tersebut. Bagaimana partikel itu berkombinasi dan berinteraksi akan dibahas pada artikel berikutnya.

Mencari partikel elementer

Richard Feynman, Nobelis Fisika 1965, dalam sebuah kuliahnya mengatakan, “Jika peradaban dan pengetahuan manusia hancur dan musnah, dan cuma hanya satu kalimat pendek yang bisa diwariskan ke generasi selanjutnya. Apakah kalimat pendek yang paling informatif itu? Jawabannya teori atom. Materi terbentuk oleh atom-atom!”

Feynman benar. Ide materi di alam semesta ini tersusun dari atom-atom akan memudahkan generasi berikutnya yang kehilangan semua arsip-arsip ilmu pengetahuan untuk cepat tanggap, untuk memahami sifat-sifat benda tersebut secara lengkap maka yang harus dipelajari pertama adalah interaksi antaratom yang menyusun benda tersebut. Itulah kenapa kita harus menemukan partikel elementer, mempelajarinya dan memahaminya dalam rangka mencoba mengerti mekanisme alam semesta dan isinya bekerja.

Eksplorasi struktur atom

Atom adalah partikel kecil dengan ukuran jari-jari 10-10 meter (atau 1 Amstrong). Namun, atom bukanlah partikel elementer. Teori atom pertama kali disimpulkan John Dalton, dari Inggris (1766 – 1844) pada tahun 1803 dalam tiga hipotesis: (1) semua materi dibentuk partikel yang tak bisa lagi diurai disebut atom, (2) atom-atom pada unsur tertentu memiliki karakter dan massa yang unik, dan (3) tiga tipe atom eksis: unsur, molekul sederhana, dan molekul komplek.

Hipotesis kedua dan ketiga tidak ada masalah sejauh ini, kenyataannya inilah dasar pemahaman kita pada ilmu kimia. Teori pertama, yang menyatakan atom sebagai partikel elementer, hanya bertahan satu generasi. Joseph Thomson juga dari Inggris (1856 – 1940) berhasil menguraikan partikel bebas dari atom dalam eksperimen sinar katoda pada tahun 1897. Fenomena ini membuktikan, atom memiliki struktur internal, bukan partikel-titik. Partikel bebas bermuatan negatif yang ditemukan Thomson itu itu kelak disebut elektron, partikel elementer pertama yang ditemukan manusia.

Penemuan ini mengubah gambaran orang tentang atom. Atom bukan lagi partikel-titik yang tidak punya struktur internal. Orang mulai mereka-reka seperti apa atom itu. Mulanya Thomson mengajukan model, atom terdiri dari elektron dan partikel positif lainnya dengan jumlah yang sama dan terdistribusi merata, sehingga muatan totalnya adalah nol (netral). Thomson tidak menjelaskan posisi dan pergerakan partikel-partikel itu, sehingga model Thomson ini dianologikan seperti roti tawar dengan kismisnya.

Pada tahun 1911, murid Thomson, yaitu Ernest Rutherford dari Selandia Baru (1871 – 1937) menghujani lempengan emas dengan partikel alfa (metode ini disebut “penghamburan” partikel), dan teramati tidak semua partikel alfa dipantulkan lempengan emas. Sebagian besar malah diteruskan! Ada begitu banyak bagian kosong dalam atom, tidak seperti model roti kismis Thomson.

Partikel alfa yang terpantul balik adalah karena mengenai sesuatu, yaitu inti atom (nukleus). Rutherford menyimpulkan nukleus ini adalah partikel proton dan harus bermuatan positif, untuk mengimbangi muatan negatif elektron, sehingga muatan total atom adalah netral.

James Chadwick dari Inggris (1891 – 1974) pada tahun 1932 menemukan netron sebagai salah satu pembuat nukleus. Proton dan netron disebut juga partikel nuklei. Model atom kemudian berubah: atom memiliki sebuah inti yang terdiri dari nuklei, dan elektron-elektron yang mengorbit mengelilinginya. Model ini mirip dengan sistem tata surya kita. Model atom ini diperbaiki Niels Bohr, dengan mempertimbangkan efek kuantisasi energi atom.

Keberhasilan menemukan tiga partikel penyusun atom ini ternyata tidak memuaskan orang untuk sampai pada kesimpulan partikel elementer. Pada masa 1940-an, Perang Dunia ke-2 memicu riset untuk meneliti dunia subatomik maju demikian pesatnya. Eksperimen menunjukkan hanya elektron yang berperilaku cocok dengan teori partikel-titik, sementara proton dan netron tidak Misalnya saja, momen magnet proton jika dihitung dengan teori partikel-titik akan menghasilkan 1, kenyataannya eksperimen adalah 2,79!

Dirancanglah eksperimen untuk mencoba mengetahui apakah proton memiliki struktur internal. Mereka memakai cara yang sama dengan Rutherford saat menemukan nukleus: menembakkan proton dengan energi tinggi ke nukleus.

Mereka berpikir proton atau neutron akan keluar dari hasil tabrakan itu. Tapi yang keluar partikel bernama pion. Mereka pikir inilah partikel penyusun proton atau netron. Namun, saat mereka naikkan jumlah energi proton yang ditembakkan ke nukleus, bermunculanlah partikel lain, seperti lamda, sigma, dan rho, sampai mereka kehabisan untuk menamai partikel-partikel baru tersebut. Ada empat ratusan lebih partikel yang teramati saat itu, disebut juga partikel-partikel hadron. Tapi bukanlah partikel elementer yang mereka cari.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: