BAGIKAN
Sebuah simulasi berskala besar dari alam semesta yang terisi oleh filamen- filamen dari materi gelap (biru) dan berbagai formasi galaksi (kuning). Materi gelap belum pernah bisa dideteksi secara langsung. Ahli fisika UC Davis mengajukan sebuah model terbaru untuk menjelaskannya. Credit: Zarija Lukic/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Dua ahli fisika teori dari University of California, Davis (UC Davis) telah mengajukan dua buah kandidat materi yang diperkirakan adalah materi gelap, berikut dengan cara yang memungkinkan untuk mendeteksinya. Mereka mempresentasikan hasil penemuannya pada acara The Planck 2019 Conference di Granada, Spanyol.

Materi gelap diperkirakan menyusun dari seperempat materi yang ada di alam semesta ini, dan sebagian besar darinya berupa energi gelap dan sampai sekarang masih misterius. Keberadaanya dapat diketahui melalui daya tarik antara gugusan-gugusan galaksi dan struktur-struktur lain di alam semesta. Materi dalam struktur tersebut tidak bisa hanya ditopang dengan gravitasi. Ada penambahan materi yang tidak kasat mata yang membuat struktur tersebut bergerak dalam kecepatan yang bisa diamati.

Banyak ahli fisika yang yakin bahwa materi gelap terdiri dari beberapa macam partikel yang sampai saat ini belum pernah ditemukan di semesta ini. Kemungkinan yang paling mendekati adalah Weakly Interacting Massive Particle atau WIMP. Tetapi setelah setelah bertahun-tahun dilakukan berbagai eksperimen, hingga saat ini belum pernah ditemukan cara untuk dapat mendeteksinya.

“Hingga kini, kita masih belum bisa mengetahui bagaimana bentuk dari materi gelap ini,” kata John Terning, Professor ilmu Fisika di UC Davis yang juga penulis dari artikel ini. “Kandidat materi gelap yang paling mungkin sampai saat ini adalah WIMP, tetapi kelihatannya, kemungkinan tersebut akan terbantahkan.”

Alternatif lainnya selain WIMP untuk model materi gelap adalah suatu bentuk yang disebut dengan “elektromagnetisme gelap” yang didalamnya termasuk juga“foton gelap” dan partikel-partikel lainnya. Partikel foton gelap ini memiliki ikatan yang lemah dengan partikel foton “biasa”.

Dalam laporan tersebut, Terning dan rekan peneliti Christopher Verhaaren mengemukakan teori terbaru tentang materi gelap, yaitu sebuah medan magnetik gelap “monopole” yang diperkirakan bisa berinteraksi dengan partikel foton gelap.

Dalam dunia makrokospik, magnet selalu memiliki dua kutub, kutub utara dan kutub selatan. Monopole magnetik adalah partikel yang berlaku seperti salah satu dari kutub magnet. Keberadaan magnet satu kutub (monopole) ini telah diperkirakan sebelumnya dalam teori fisika kuantum, tetapi belum pernah teramati dalam eksperimen. Para ilmuwan memperkirakan bahwa monopole gelap ini bisa berinteraksi dengan partikel foton gelap dan juga elektron gelap, sama seperti teori yang memperkirakan partikel elektron dan foton akan berinteraksi dengan monopole.

Cara terbaru untuk mendeteksi materi gelap

Ahli fisika Paul Dirac mengemukakan teorinya bahwa elektron yang bergerak dalam lingkaran di sekitar monopole akan mengalami perubahan fase dalam fungsi gelombangnya. Karena dalam teori fisika kuantum, elektron terdiri dari partikel dan juga gelombang. Elektron akan melewati salah satu sisi dari monopole dan kemudian akan berubah fase ketika melewati sisi lainnya.

Peristiwa ini disebut juga dengan the Aharonov-Bohm effect, dimana ketika elektron mengelilingi sebuah medan magnetik, maka akan ikut terpengaruh olehnya, walaupun elektron tidak bergerak melewati medan magnetik tersebut.

Terning dan Verhaaren menyatakan bahwa kita bisa mendeteksi keberadaan monopole gelap dengan mendeteksi perubahan fase dari elektron ketika melewatinya.

“Ini adalah salah satu teori terbaru tentang bentuk materi gelap, dan juga teori baru tentang cara pandang kita mengenai materi gelap,” kata Terning.

Aliran elektron secara relatif mudah diamati: peristiwa the Aharonov-Bohm effect dapat diamati dengan mikroskop elektron di tahun 1960an, dan teknologi aliran elektron terus diperbaharui hingga sekarang, kata Terning.

Secara teori, partikel-partikel materi gelap ada dan mengalir di sekitar kita sepanjang waktu. Agar dapat dideteksi dalam model Terning dan Verhaaren, monopole magnetik akan dipercepat kecepatannya oleh matahari, sehingga akan mencapai bumi dalam waktu satu bulan, bergerak dengan kecepatan ribuan kali kecepatan cahaya.

Tetapi, perubahan fase elektron diprediksi sangat kecil, lebih kecil dari yang dibutuhkan untuk mendeteksi gelombang gravitasi, sehingga sulit untuk dideteksi. Terning mencatat, ketika eksperimen gelombang gravitasi LIGO pertama kali diajukan, teknologi yang bisa mendukung eksperimen tersebut belum ada, dan teknologi pendukung mungkin baru hadir dalam waktu yang lama.

Penelitian ini diterbitkan di High Energy Physics – Phenomenology