Partikel Elementer dan Interaksi Alamiah

Postingan kali ini akan membahas mengenai dasar dari sebuah partikel, yang didalamnya terdapat atom yang  juga tersusun dari partikel elementer lainnya (penyusun partikel), hingga hipotesis Grand Unified Theory.

Semoga bisa bermanfaat dan memperluas wawasan mengenai hal-hal kecil yang  mungkin sangat jarang diketahui oleh kalangan masyarakat banyak, so chek this out🙂

Atom adalah partikel kecil dengan ukuran jari-jari 1 Amstrong. Atom bukanlah partikel
elementer. John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 memberikan gambaran tentang atom dalam
tiga hipotesis. 1) semua materi dibentuk partikel yang tidak bisa diurai lagi yang disebut atom, 2)
atom-atom pada unsur tertentu memiliki karakter dan massa yang unik, dan 3) ada tiga tipe tipe
atom : unsur molekul sederhana dan molekul komplek.
Joseph Thomson (1856-1940) ilmuwan berkebangsaan inggris berhasil menguraikan partikel
bebas dari atom dalam eksperimen sinar katoda pada tahun 1897. Fenomena ini membuktikan
bahwa atom memiliki struktur internal bukan partikel titik. Partikel bebas bermuatan negatif
yang ditemukan Thomson kemudian dinamakan elektron. Partikel inilah yang pertama
ditemukan oleh manusia. Thomson mengajukan model, atom terdiri dari elektron dan partikel
positif lainnya dengan jumlah yang sama dan terdistribusi merata, sehingga muatan totalnya
adalah nol (netral).
Ernest Rutherford (1871-1937) dengan eksperimen penghamburan partikel memperoleh
kesimpulan bahwa ada partikel proton yang harus bermuatan positif untuk mengimbangi muatan
negatif elektron, sehingga muatan total atom adalah netral.
James Chadwick (1891-1974) pada tahun 1932 menemukan netron sebagai salah satu pembuat
nukleus. Sehingga model atom digambarkan bahwa atom memiliko inti dengan elektron
mengelilingi inti. Kemudian model seperti ini disempurnakan oleh Niels Bohr dengan
mempertimbangkan efek kuantisasi energi atom.
Proton dan Neutron dianggap merupakan partikel elementer namun eksperimen-eksperimen yang
mlibatkan tumbukan antar proton atau proton dengan elektron dengan kecepatan tinggi
menunjukkan bahwa partikel-partikel tersebut tersusun dari partikel-partikel yang lebih kecil.
Partikel-partikel tersebut diberi nama quark oleh seorang fisikawan dari Institut Teknologi
Kalifornia bernama Murray Gell-Mann yang memenangkan hadiah nobel pada tahun 1969.

Terdapat beberapa jenis quark, dan dipercaya terdapat paling sedikit enam flavor, yang disebut
up, down, stange, charmed, bottom, dan top. Setiap flavor terdiri dari tiga warna, yakni merah,
hijau dan biru. Perli ditekankan bahwa istilah-istilah seperti flavor dan khususnya warna hanya
merupakan label atau pengenal saja. Quark jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya
tampak sehingga tidak akan memiliki warna dalam keadaan yang sebenarnya. Proton dan netron
terdiri dari tiga quark dengan warna yang berbeda. Proton tersusun atas dua quark up dan satu
quark down, sedangkan netron tersusun dari dua quark down dan satu quark up.
Kalau ternyata proton dan netron dapat dibagi menjadi partikel-partikel yang lebih elementer.
maka partikel elementer apakah yang merupakan penyusun dasar semua benda disemesta? Oleh
karenanya pencarian partikel elementer akan terus berlangsung.

Anti Partikel


Anti partikel pertama kali muncul dalam solusi persamaan Dirac, persamaan yang mengawinkan
teori relativitas khusus dengan mekanika kuantum. Dipostulatkan bahwa setiap partikel memiliki
anti partikel, memiliki sifat yang sama kecuali muatannya berbeda. Misalnyapositron adalah anti
partikel dari elektron, memiliki massa, ukuran, mematuhi semua hukum konservasi yang juga
dipatuhi elektron, namun muatannya adalah positif.
Apa yang terjadi apabila partikel bertemu dengan antipartikelnya? Hal ini yang kemudian disebut
proses annihilation. Partikel + anti partikel Energi. Energi ini dibawa oleh partikel khusus
(partikel ini adalah exchange particle untuk masing-masing interaksi), misalnya dalam elektron +
positron photon ( disebut juga pair annihilation). Sesuai hukum kekekalan energi, maka photon
ini juga akan bisa menghasilkan elektron + Positron ( 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 buble
chamber yang berisi superheated liquid dan diberi medan magnet, sehingga partikel tersebut
akan meninggalkan jejak. Partikel dan antinya akan bergerak pada arah berlawanan.

Gaya atau Interaksi alamiah alam semesta
Partikel pembawa gaya dapat dikelompokkan empat kategori menurut kekuatan gaya yang
dibawanya dan interaksinya dengan partikel jenis tertentu. Empat interaksi tersebut adalah
interaksi/gaya gravitasi (gravitational interaction), interaksi elektromagnetik (electromagnetic
interaction), interaksi lemah (weak interaction), dan interaksi kuat (strong interaction). Setiap
interaksi memiliki paertilkel pembawa interaksi khusus, yang hanya bisa bekerja spesifik pada
interaksi tertentu.
Yang pertama adalah interaksi gravitasi. Interaksi ini bersifat universal artinya bahwa setiap
partikel merasakan gaya gravitasi yang besarnya bergantung pada massa atau energinya.
Gravitasi merupakan yang terlemag dari keempat interaksi tersebut. Gravitasi dapat menjangkau
jarak yang jauh dan selalu bersifat menarik. Interaksi gravitasi membuat benda jatuh ke tanah
dan juga pergerakan planet dan galaksi. Semakin masif benda maka semakin besar merasakan
interaksi gravitasi. Sebaliknya bertambah jauh jarak dua benda makin semakin berkurang interksi
gravitasi yang bekerja. Oleh karenanya pada skala mikroskopis interaksi ini diabaikan. Interaksi
ini dijelaskan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Partikel pembawa interaksi gravitasi adalah
graviton.
Kedua, disebut interaksi elektromagnetic yang berinteraksi dengan partikel-partikel bermuatan
listrik seperti elektron, proton, quark, namun tidak berinteraksi dengan partikel-partikel tak
bermuatan listrik seperti graviton dan netron. Interaksi ini jauh lebih kuat dari gaya gravitasi.
Interaksi elektromagnetik menyebabkan semua fenomena menyangkut listrik dan magnetik.
Interaksi elektromagnetik dijelaskan oleh quantum electrodynamics dimana Feynman,
Schwinger dan Tomonaga mendapat hadiah nobel tahun 1965. Partikel pembawa interaksi
elektromagnetik adalah foton.
Ketiga, adalah Interaksi nuklir lemah yang dibutuhkan oleh radioaktivitas. Pada tahun 1967
Abdus Salam dan Steven Weinberg mengemukaan teori yang memadukan interaksi nuklir lemah
dan elektromagnetik memadukan kelistrikan dan kemagnetan . Beliau berpendapat bahwa selain
foton, terdapat tiga partikel yang secara bersama-sama membawa gaya lemah (W+, W-, Z).
Terakhir adalah Interaksi kuat, yang juga terjadi pada subatomik dan hanya dirasakan oleh
Quark. Nobel Fisika 2004 adalah tema tersebut. Dimana terdapat temuan tentang gluon sebagai
exchange particle dalam interaksi kuat. Temuan ini memulai sebuah teori baru dalam teori
medan kuantum (Quantum Chromodynamic), teori khusus untuk mempelajari fenomena dalam
interaksi kuat.

Grand Unified Theory

Teori unifikasi adalah teori untuk menyatukan aneka interaksi yang sudah dikenal di alam semesta ini dalam sebuah teori. Ada banyak jenis dan tingkatan teori unifikasi. Interaksi dari gaya yang sudah dikenal di alam semesta meliputi : gaya elektromagnetikgaya lemahgaya kuat dan gaya gravitasi.

Keberhasilan penggabungan interaksi/gaya nuklir lemah dan gaya elektromagnetik

membangkitkan adanya usaha untuk menggabungkan kedua gaya tersebut dengan gaya nuklir
kuat menjadi teori paduan agung (Grand Unified Theory/GUT). Ide dasar teori paduan agung
adalah bahwa gaya nuklir kuat menjadi lebih lemah pada energi tinggi. Sebaliknya gaya nuklir
lemah dan gaya lektromagnetik menjadi semakin kuat pada energi yang tinggi. Pada suatu energi
sangat tinggi yang disebut energi paduan agung, ketiga gaya tersebut akan memiliki kekuatan
yang sama dan karena itu dapat dipandang sebagai aspek yang berbeda dari sebuah gaya tunggal.
Banyak versi tentang Grand Inified Theory, tetapi belum ada verifikasi final. Pembuktian
kesahihan GUT antara lain berasal dari peluruhan proton yang meluruh dengan sendirinya atau
secara spontan.
GUT dianggap belum lengkap, karena hanya menggabungkan tiga interaksi dari empat interaksi
yang ada di alam semesta. Oleh karenanya muncul kemudian ide untuk menggabungkan keempat
interaksi alamiah tersebut yang kemudian disebut dengan Theory of Everything (TOE).
Mengenal Ide Theory of Everything
Theory of everything ditafsirkan dalam banyak versi diantaranya adalah supersimetri dan
superstring/supertali. TOE mempunyai makna sebuah teori kemanunggalan agung yang
menggabungkan semua teori yang ada menjadi hanya sebuah teori terpadu yang kemudian
diekspresikan dalam bentuk persamaan.
Ide superstring dicetuskan antara lain oleh John Schwarz dari Institut Teknologi Kalifornia dan
Michael Green. Superstring adalah teori tentang semesta berdimensi sepuluh dimana penyusunan
dasar materi dan energi bukanlah berupa titik melainkan tali-tali superkecil (string). Tali-tali
tersebut apabila 1033 tali dijajarkan panjangnya kira-kira hanya satu meter. Untuk menguji
prakiraan eksperimental teori superstring, seseorang harus mampu melakukan proses matematika
yang disebut dengan kompaktifikasi, yaitu proses mereduksi teori sepuluh dimensi menjadi dunia
nyata empat dimensi (tiga dimensi ruang satu dimensi waktu).
Untuk memastikan apakah teori superstring akan menjadi Theory of everything masih
dibutuhkan waktu yang lama. Penelitian-penelitian terus dilakukan untuk kemudian menemukan
Theory of everything.

Berikut merupakan skema dari model standart partikel beserta interaksinya

Sekian dulu buat kali ini, sekali lagi semoga bermanfaat🙂

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

sumber  :  By. Agus Mulyono’s ebook

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: