Atomisme, yaitu doktrin tentang keberadaan partikel terkecil yang tak terpisahkan yang menyusun materi, telah muncul jauh sebelum para ilmuwan dapat memverifikasi ketentuannya melalui eksperimen. Namun, ketika mereka melakukannya, ternyata mikrokosmos tidak hanya diisi dengan atom, tetapi juga dengan partikel yang lebih kecil lagi yang menunjukkan sifat-sifat menakjubkan.
Tuan Lubin mikrokosmos
Konsep "atom" dibawa kembali ke penggunaan ilmiah oleh John Dalton, seorang guru sekolah dari Manchester, yang menciptakan teori yang meyakinkan tentang interaksi kimia pada awal abad ke-19. Dia sampai pada kesimpulan bahwa ada zat sederhana di alam, yang dia sebut "unsur", dan masing-masing terdiri dari atom yang hanya karakteristiknya. Dalton juga memperkenalkan konsep berat atom, yang memungkinkan unsur-unsur tersusun dalam Tabel Periodik terkenal, yang diusulkan oleh Dmitry Mendeleev pada Maret 1869.
Fakta bahwa selain atom terdapat beberapa partikel lain, para ilmuwan mulai menebak-nebak saat mempelajari fenomena kelistrikan. Pada tahun 1891, fisikawan Irlandia, George Stoney, menyarankan untuk menyebut partikel bermuatan hipotetis sebagai elektron. Setelah 6 tahun, orang Inggris Joseph Thomson menemukan bahwa elektron jauh lebih ringan daripada atom unsur paling ringan (hidrogen), pada kenyataannya, setelah menemukan partikel fundamental pertama.
Pada tahun 1911, Ernest Rutherford, berdasarkan data eksperimental, mengusulkan model atom planet, yang menurutnya inti padat dan bermuatan positif terletak di pusatnya, di mana elektron bermuatan negatif berputar. Partikel subatom dengan muatan positif, yang darinya inti terbentuk, disebut proton.
Tak lama kemudian, penemuan mengejutkan lainnya menunggu fisikawan: jumlah proton dalam atom sama dengan jumlah unsur dalam tabel periodik. Kemudian muncul hipotesis bahwa ada beberapa partikel lain dalam komposisi inti atom. Pada tahun 1921, ahli kimia Amerika William Harkins mengusulkan untuk menamainya neutron, tetapi butuh 10 tahun lagi untuk merekam dan mendeskripsikan radiasi neutron, yang penemuannya, seperti yang kita ketahui, merupakan kunci penting untuk pengembangan tenaga nuklir.
Video promosi:
Hantu dari Antiworld
Pada awal 1930-an, fisikawan mengenal empat partikel fundamental: foton, elektron, proton, dan neutron. Tampaknya mereka cukup untuk menggambarkan mikrokosmos.
Situasi berubah secara dramatis ketika Paul Dirac membuktikan kemungkinan teoritis tentang keberadaan antielektron. Jika sebuah elektron dan anti-elektron bertabrakan, maka pemusnahan akan terjadi dengan pelepasan foton berenergi tinggi. Awalnya, Dirac percaya bahwa proton adalah anti-elektron, tetapi rekan-rekannya menertawakan idenya, karena dengan demikian semua atom di dunia akan langsung musnah. Pada September 1931, ilmuwan tersebut menyarankan bahwa pasti ada partikel khusus (kemudian disebut positron), yang lahir dari ruang hampa ketika sinar gamma yang keras bertabrakan. Segera menjadi jelas bahwa para ilmuwan telah mendaftarkan partikel seperti itu sebelumnya, tetapi tidak dapat memberikan dasar yang masuk akal untuk manifestasinya. Penemuan positron menunjukkan bahwa proton dan neutron harus memiliki analog yang sama.
Fisikawan Rusia Vladimir Rozhansky melangkah lebih jauh, menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1940 di mana dia berpendapat bahwa beberapa benda di tata surya (misalnya, meteorit, komet, dan asteroid) terdiri dari antimateri. Masyarakat terpelajar, pertama-tama penulis fiksi ilmiah, menerima gagasan itu, percaya pada realitas fisik dari anti-dunia yang ada di suatu tempat di dekatnya.
Proses mendapatkan antipartikel secara artifisial ternyata cukup melelahkan: untuk ini perlu membangun akselerator khusus "Bevatron". Antiproton dan antineutron terdeteksi di dalamnya pada pertengahan 1950-an. Sejak itu, meskipun biaya tenaga kerja meningkat, adalah mungkin untuk mendapatkan antimateri dalam jumlah yang dapat diabaikan, sehingga pencarian "simpanan" alaminya terus berlanjut.
Harapan para pendukung hipotesis Rozhansky dipicu oleh ketidaksesuaian yang tercatat (dengan faktor 100!) Antara intensitas fluks antiproton nyata yang diprediksi secara teoritis dan nyata dalam sinar kosmik. Ketidaksesuaian ini dapat dijelaskan, antara lain, dengan bantuan asumsi bahwa di suatu tempat di luar Galaksi kita (atau bahkan Metagalaxy) memang terdapat kawasan yang sangat luas yang terdiri dari antimateri.
Partikel yang sulit dipahami
Pada tahun 1900, fisikawan menetapkan bahwa sinar beta yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif sebenarnya adalah elektron.
Dalam proses pengamatan lebih lanjut, ternyata energi elektron yang dipancarkan ternyata berbeda, yang jelas melanggar hukum kekekalan energi. Tidak ada trik teoretis dan praktis yang membantu menjelaskan apa yang terjadi, dan pada tahun 1930 Niels Bohr, patriark fisika kuantum, menyerukan agar hukum ini ditinggalkan dalam hubungannya dengan dunia mikro.
Sebuah jalan keluar ditemukan oleh Swiss Wolfgang Pauli: dia menyarankan bahwa selama peluruhan inti atom, partikel subatomik lain dilepaskan, yang dia sebut neutron dan tidak dapat dideteksi oleh instrumen yang tersedia. Karena pada saat itu neutron yang diprediksi sebelumnya akhirnya ditemukan, diputuskan untuk menyebut partikel Pauli hipotetis sebagai neutrino (kemudian ternyata selama peluruhan beta, bukan neutrino, tetapi antineutrino lahir).
Meskipun gagasan tentang neutrino pada awalnya diterima dengan skeptis, seiring waktu ia mengambil alih pikiran. Pada saat yang sama, sebuah masalah baru muncul: partikel tersebut sangat kecil dan memiliki massa yang tidak signifikan sehingga secara praktis tidak mungkin untuk memperbaikinya bahkan ketika melewati zat yang paling padat. Namun para peneliti tidak menyerah: ketika reaktor nuklir muncul, mereka berhasil digunakan sebagai generator fluks neutrino yang kuat, yang mengarah pada penemuannya pada tahun 1956.
Partikel "hantu" belajar mendaftar dan bahkan membangun observatorium neutrino besar "Ice Cube" di Antartika, tetapi sebagian besar tetap menjadi misteri. Misalnya, ada hipotesis bahwa antineutrino berinteraksi dengan materi seperti neutrino biasa. Jika hipotesis dikonfirmasi dengan eksperimen, akan menjadi jelas mengapa, selama pembentukan alam semesta, asimetri global muncul dan materi saat ini jauh lebih besar daripada antimateri.
Ilmuwan mengasosiasikan dengan studi lebih lanjut tentang neutrino mendapatkan jawaban tentang kemungkinan pergerakan dengan kecepatan superluminal, tentang sifat "materi gelap", tentang kondisi awal alam semesta. Tapi, mungkin yang paling penting, keberadaan massa yang baru-baru ini terbukti di neutrino menghancurkan Model Standar, melanggar dasar-dasar fisika modern.
Di luar Model Standar
Studi tentang sinar kosmik dan konstruksi akselerator yang kuat berkontribusi pada penemuan lusinan partikel yang sebelumnya tidak diketahui, di mana klasifikasi tambahan harus diperkenalkan. Misalnya, saat ini semua partikel subatom yang tidak dapat dipecah menjadi bagian-bagian komponennya disebut unsur, dan hanya yang dianggap tidak memiliki struktur internal (elektron, neutrino, dll.) Yang disebut fundamental.
Pada awal 1960-an, Model Standar mulai terbentuk - sebuah teori yang memperhitungkan semua partikel yang diketahui dan interaksi gaya, kecuali gravitasi. Versi saat ini mendeskripsikan 61 partikel elementer, termasuk Higgs boson yang legendaris. Keberhasilan Model Standar adalah memprediksikan sifat-sifat partikel yang belum ditemukan, sehingga memudahkan untuk menemukannya. Namun ada alasan untuk berbicara, jika bukan tentang merevisi, lalu tentang memperluas model. Inilah tepatnya yang dilakukan para pendukung Fisika Baru, yang dipanggil untuk memecahkan masalah teoretis yang terakumulasi.
Melampaui Model Standar akan disertai dengan penemuan partikel elementer baru, yang masih bersifat hipotetis. Mungkin para ilmuwan akan menemukan tachyons (bergerak dengan kecepatan superluminal), graviton (membawa interaksi gravitasi) dan vimps (membuat materi "gelap"). Tetapi kemungkinan besar mereka akan tersandung pada sesuatu yang bahkan lebih fantastis. Namun demikian, meskipun demikian tidak akan ada jaminan bahwa kita telah memahami mikrokosmos secara keseluruhan.
Anton Pervushin
