Mengapa kita ada? Ini mungkin pertanyaan terdalam yang mungkin tampak sama sekali di luar lingkup fisika partikel. Tetapi eksperimen baru kami di Large Hadron Collider di CERN telah membawa kami lebih dekat ke jawabannya. Untuk memahami mengapa kita ada, pertama-tama Anda harus pergi 13,8 miliar tahun yang lalu, saat Big Bang. Peristiwa ini menghasilkan zat yang terbuat dari dan antimateri dalam jumlah yang sama.
Diyakini bahwa setiap partikel memiliki pasangan antimateri, yang hampir identik dengannya, tetapi muatannya berlawanan. Ketika sebuah partikel dan antipartikelnya bertemu, mereka musnah - menghilang dalam sekejap cahaya.
Di mana semua antimateri itu?
Mengapa alam semesta yang kita lihat seluruhnya terdiri dari materi adalah salah satu misteri terbesar fisika modern. Jika dulu ada jumlah antimateri yang sama, segala sesuatu di alam semesta akan musnah. Maka, studi yang baru-baru ini diterbitkan tampaknya telah menemukan sumber asimetri baru antara materi dan antimateri.
Arthur Schuster adalah orang pertama yang berbicara tentang antimateri pada tahun 1896, kemudian pada tahun 1928 Paul Dirac memberikan dasar teoretisnya, dan pada tahun 1932 Karl Anderson menemukannya dalam bentuk anti elektron, yang disebut positron. Positron lahir dalam proses radioaktif alami, seperti peluruhan kalium-40. Artinya, pisang biasa (mengandung kalium) mengeluarkan positron setiap 75 menit. Ia kemudian memusnahkan dengan elektron dalam materi, menghasilkan cahaya. Aplikasi medis seperti pemindai PET juga menghasilkan antimateri dalam proses yang serupa.
Bahan penyusun utama zat penyusun atom adalah partikel elementer - quark dan lepton. Ada enam jenis quark: atas, bawah, aneh, terpesona, benar, dan indah. Demikian pula, ada enam lepton: elektron, muon, tau, dan tiga jenis neutrino. Ada juga salinan antimateri dari kedua belas partikel ini, yang hanya berbeda muatannya.
Partikel antimateri, pada prinsipnya, harus menjadi bayangan cermin yang sempurna dari satelit normalnya. Tetapi percobaan menunjukkan bahwa tidak selalu demikian. Ambil contoh, partikel yang dikenal sebagai meson, yang tersusun dari satu quark dan satu antiquark. Meson netral memiliki fitur yang luar biasa: mereka dapat secara spontan berubah menjadi anti-meson dan sebaliknya. Dalam proses ini, seekor quark berubah menjadi antikuark atau antikuark berubah menjadi quark. Namun, percobaan telah menunjukkan bahwa hal ini dapat terjadi lebih sering di satu arah daripada di arah lain - akibatnya ada lebih banyak materi dari waktu ke waktu daripada antimateri.
Video promosi:
Ketiga kalinya ajaib
Di antara partikel yang mengandung quark, asimetri hanya ditemukan pada quark yang aneh dan indah - dan penemuan ini menjadi sangat penting. Pengamatan pertama asimetri yang melibatkan partikel aneh pada tahun 1964 memungkinkan para ahli teori untuk memprediksi keberadaan enam quark - pada saat hanya tiga yang diketahui eksis. Penemuan asimetri dalam partikel indah pada tahun 2001 adalah konfirmasi akhir dari mekanisme yang menghasilkan gambar enam kuark. Kedua penemuan tersebut mendapatkan Hadiah Nobel.
Baik quark yang aneh maupun yang indah membawa muatan listrik negatif. Satu-satunya quark bermuatan positif yang, secara teori, harus mampu membentuk partikel yang dapat menunjukkan asimetri materi dan antimateri adalah yang terpesona. Teori menyarankan bahwa dia melakukan ini, efeknya seharusnya tidak signifikan dan sulit ditemukan.
Tapi percobaan LHCb di Large Hadron Collider mampu mengamati asimetri dalam partikel yang disebut D-meson, yang terdiri dari quark yang terpesona - untuk pertama kalinya. Hal ini dimungkinkan oleh jumlah partikel terpesona yang dihasilkan langsung dalam tumbukan di LHC. Hasilnya menunjukkan bahwa kemungkinan terjadinya fluktuasi statistik adalah 50 per miliar.
Jika asimetri ini tidak lahir dari mekanisme yang sama yang mengarah pada asimetri quark yang aneh dan indah, ada ruang bagi sumber asimetri materi-antimateri baru, yang dapat menambah asimetri umum di alam semesta. Dan ini penting, karena beberapa kasus asimetri yang diketahui tidak dapat menjelaskan mengapa ada begitu banyak materi di alam semesta. Penemuan charm quark saja tidak akan cukup untuk mengisi masalah ini, tetapi ini adalah bagian penting dari teka-teki dalam memahami interaksi partikel fundamental.
Langkah selanjutnya
Penemuan ini akan diikuti dengan peningkatan jumlah karya teoritis yang membantu interpretasi hasil. Namun yang lebih penting, dia akan menguraikan tes lebih lanjut untuk memperdalam pemahaman kami tentang penemuan kami - dan beberapa tes tersebut sedang dalam proses.
Dalam dekade mendatang, eksperimen LHCb yang ditingkatkan akan meningkatkan sensitivitas pengukuran semacam itu. Ini akan dilengkapi dengan eksperimen Belle II di Jepang, yang baru saja dimulai.
Antimateri juga merupakan inti dari sejumlah eksperimen lain. Antiatom utuh diproduksi di Moderator Antiproton CERN, dan menyediakan serangkaian eksperimen pengukuran yang sangat akurat. Eksperimen AMS-2 di atas Stasiun Luar Angkasa Internasional sedang mencari antimateri yang diturunkan dari luar angkasa. Sejumlah eksperimen saat ini dan masa depan akan dikhususkan untuk pertanyaan apakah ada asimetri materi-antimateri di antara neutrino.
Meskipun kami masih belum dapat sepenuhnya mengungkap misteri asimetri materi dan antimateri, penemuan terbaru kami membuka pintu ke era pengukuran yang tepat yang dapat mengungkap fenomena yang belum diketahui. Ada banyak alasan untuk percaya bahwa suatu saat fisikawan akan dapat menjelaskan mengapa kita ada di sini.
Ilya Khel
