BAGIKAN
Image by Gerd Altmann from Pixabay

Mengapa kita ada? ini bisa menjadi pertanyaan paling dalam yang mungkin hanya bisa dijawab diluar jangkauan ilmu fisika. Tetapi eksperimen terbaru di Large Hadron Collider CERN telah membawa kita untuk lebih dekat mendapatkan jawabannya.

Untuk bisa mengerti alasannya, kita diajak untuk kembali ke masa 13.8 milyar tahun yang lalu ketika peristiwa Big Bang terjadi. Kejadian ini menghasilkan jumlah yang sama dari materi yang membentuk diri kita, dan sesuatu yang dikenal dengan antimateri. Selama ini dipercaya bahwa setiap partikel mempunyai pasangan antimateri yang secara virtual identik dengan dirinya sendiri, tetapi dengan muatan partikel yang berlawanan. Ketika sebuah partikel dan antipartikelnya bertemu, maka keduanya akan saling memusnahkan – hilang dalam ledakan cahaya.

Mengapa alam semesta yang kita ketahui sekarang tidak seluruhnya terdiri dari materi adalah salah satu dari misteri terbesar dalam ilmu fisika modern. Jika memang ada antimateri dengan jumlah yang sepadan dengan materi pembentuk alam semesta, maka seharusnya keduanya akan saling menghancurkan ketika alam semesta terbentuk dan semuanya dipastikan akan musnah.

Mengapa alam semesta tidak musnah, masih menjadi misteri dari alam semesta. Lalu, mengapa jumlah materi lebih banyak dari antimaterinya?

Para ilmuwan telah menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mengetahui perbedaan antara materi dan antimateri hingga bisa menjelaskan mengapa keduanya tidak saling memusnahkan ketika alam semesta baru saja terbentuk.

Penelitian tentang partikel antimateri sangat berguna untuk membuktikan teori Big Bang. Secara teori, sebelum Big Bang terjadi, materi dan antimateri terdapat dalam jumlah yang sama. Namun, setelah peristiwa Big Bang, antimateri seolah menghilang, menjadikan alam semesta didominasi oleh materi. Alasan menghilangnya antimateri belumlah diketahui, hingga kini, para ilmuwan masih berupaya keras untuk menemukan jawaban dari misteri ini.

Teori antimateri, pertama kali dikemukakan oleh Arthur Schuster di tahun 1896, yang menjadi pijakan teori dari Paul Dirac pada tahun 1928, dan ditemukannya bentuk dari anti-elektron, positron, oleh Carl Anderson pada tahun 1932. Positron terbentuk dari proses radioaktif alami, seperti peluruhan Kalium-40. Hal ini berarti bahwa buah pisang (yang mengandung kalium) memancarkan sebuah positron setiap 75 menit. Kemudian akan musnah ketika bertemu dengan materi elektron dan menghasilkan cahaya. Alat medis seperti PET scanner memproduksi antimateri melalui proses yang sama.

Partikel elementer dari materi yang menyusun atom disebut sebagai quark dan lepton. Ada enam macam quark: atas, bawah, aneh, pesona, dasar dan puncak. Dan juga ada enam macam lepton: elektron, muon, tau dan tiga neutrino. Dan juga ada bentuk antimateri dari keduabelas partikel tersebut yang hanya berbeda pada muatan partikelnya saja. Partikel antimateri, seperti prinsip pada cermin, seharusnya mempunyai bentuk yang sama persis dengan pasangannya yaitu materi. Tetapi eksperimen menunjukkan bahwa bentuk dari keduanya tidak selalu sama. Misalnya pada partikel yang disebut meson, yang terbentuk dari satu quarkdan satu anti-quark. Meson yang netral mempunyai sifat-sifat yang menarik: secara spontan bisa berubah menjadi anti-meson dan begitu juga sebaliknya. Dalam proses ini, quarkberubah menjadi anti-quark atau anti-quark berubah menjadi quark. Tetapi eksperimen juga menunjukkan bahwa proses ini hanya bisa terjadi dalam satu arah, tidak bisa sebaliknya – menciptakan lebih banyak materi dibandingkan antimateri.

Di antara partikel-partikel yang terdiri dari quark, hanya quarkaneh (strange quark) dan quark dasar (quark bottom) yang ditemukan dalam bentuk yang asimetris (bentuk materi dan antimaterinya tidak sama) — dan ini adalah penemuan besar. Pengamatan terhadap partikel dengan perilaku aneh ini pertama kali dilakukan pada tahun 1964 yang membuktikan teori yang meramalkan adanya enam macam quark— pada saat itu hanya tiga jenis yang pernah ada. Penemuan adanya sifat asimetris dari partikel-partikel dasar tahun 2001 adalah konfirmasi final dari mekanisme sifat dari keenam quark. Kedua penemuan ini memenangkan hadiah Nobel.

Baik quarkdasar (bottom) dan quark aneh (strange) mengandung muatan listrik negatif. Partikel quark yang mengandung muatan listrik positif dan secara teori mempunyai sifat asimetris, bisa berubah menjadi partikel materi-antimateri adalah quark pesona (charm). Teori ini  memperkirakan, jika hal ini terjadi, efek yang diakibatkan harusnya kecil dan sulit untuk dapat dideteksi.

LHCb. (Maximilien Brice dkk./CERN)

Tetapi, eksperimen LHCb telah berhasil mengamati partikel asimetris yang disebut d-meson — yang terdiri dari partikel quarkpesona (quark charm) — untuk pertama kalinya. Hal Ini bisa dimungkinkan karena untuk pertama kalinya pertikel charm bisa diproduksi langsung dalam LHC collisions. Hasil yang didapat mengindikasikan bahwa kemungkinan terjadinya fluktuasi statistik adalah 50 dibanding 1 juta.

Jika partikel asimetris tidak dihasilkan dari mekanisme proses yang sama yang menyebabkan quarkaneh (quark strange) dan quark dasar (quark bottom) menjadi asimetris, proses ini bisa menjadi sumber terbentuknya partikel asimetris materi-antimateri yang menambah jumlah total partikel asimetris di awal terbentuknya alam semesta. Dan hal ini sangat penting karena hanya sedikit sekali kasus partikel asimetris yang bisa menjelaskan mengapa alam semesta memiliki begitu banyak materi dibandingkan antimateri. Penemuan partikel charm belum bisa menjawab keseluruhan pertanyaan ini, tetapi menjadi bagian penting –walaupun sedikit — dalam memahami interaksi dari partikel elementer pembentuk alam semesta.

Penemuan ini akan diikuti oleh banyak pemikiran teoretis yang membantu menerjemahkan hasil eksperimen tersebut. Tetapi yang lebih penting adalah percobaan lebih jauh untuk memperdalam pemahaman dari penemuan sebelumnya – dan beberapa percobaan yang sedang dijalankan saat ini.

Dalam satu dekade kemudian, eksperimen LHCB lanjutan yang dilakukan oleh Japan-based Belle II baru saja dimulai.

Prospek yang baik bagi penelitian partikel asimetris materi-anti materi. Partikel antimateri menjadi fokus utama dari eksperimen ini. Keseluruhan partikel anti-atom diproduksi dalam CERN’s Antiproton Decelerator, yang menjadi sumber informasi berbagai penelitian yang membutuh pengukuran dengan tingkat keakuratan yang tinggi. Eksperimen AMS-2 dilakukan di luar stasiun luar angkasa untuk mencari partikel antimateri di lingkungan kosmis. Dan berbagai eksperimen yang sedang dilakukan ataupun yang akan dilakukan akan menjawab banyak pertanyaan sebab adanya partikel antimateri dan materi dalam neutrino.

Saat ini, memang kita belum bisa secara keseluruhan mengungkap misteri dari partikel asimetris materi-antimateri, tetapi penemuan terakhir telah membuka pintu untuk masa pengukuran dengan tingkat akurasi tinggi yang memiliki potensi untuk mengungkap fenomena yang sampai saat ini masih menjadi misteri. Selalu ada alasan untuk selalu optimis bahwa suatu hari ilmu fisika akan mampu mengungkap mengapa kita semua ada di sini, mengapa alam semesta tercipta.


The Conversation