Massa adalah salah satu konsep fundamental dan sekaligus misterius dalam sains. Dalam dunia partikel elementer, ia tidak dapat dipisahkan dari energi. Ini bukan nol bahkan untuk neutrino, dan sebagian besar terletak di bagian alam semesta yang tak terlihat. RIA Novosti menceritakan apa yang diketahui fisikawan tentang massa dan rahasia apa yang terkait dengannya.
Relatif dan dasar
Di pinggiran kota Paris, di kantor pusat International Bureau of Weights and Measures, terdapat sebuah silinder yang terbuat dari paduan platina dan iridium dengan berat tepat satu kilogram. Ini adalah standar untuk seluruh dunia. Massa dapat dinyatakan dalam volume dan massa jenis dan dapat dianggap sebagai ukuran jumlah materi dalam tubuh. Tetapi fisikawan yang mempelajari dunia mikro tidak puas dengan penjelasan yang begitu sederhana.
Bayangkan menggerakkan silinder ini. Tingginya tidak melebihi empat sentimeter; namun, upaya nyata harus dilakukan. Akan membutuhkan lebih banyak usaha untuk memindahkan, misalnya, lemari es. Kebutuhan untuk menerapkan gaya fisika dijelaskan oleh inersia benda, dan massa dianggap sebagai koefisien yang menghubungkan gaya dan percepatan yang dihasilkan (F = ma).
Massa berfungsi sebagai ukuran tidak hanya gerak, tetapi juga gravitasi, yang memaksa benda untuk menarik satu sama lain (F = GMm / R2). Saat kita mencapai skala, panah dibelokkan. Ini karena massa bumi sangat besar, dan gaya gravitasi secara harfiah mendorong kita ke permukaan. Di bulan yang lebih terang, berat seseorang enam kali lebih sedikit.
Gravitasi tidak kalah misterius dari massa. Asumsi bahwa beberapa benda yang sangat masif dapat memancarkan gelombang gravitasi saat bergerak dikonfirmasi secara eksperimental hanya pada tahun 2015 di detektor LIGO. Dua tahun kemudian, penemuan ini dianugerahi Penghargaan Nobel.
Menurut prinsip kesetaraan yang diajukan oleh Galileo dan disempurnakan oleh Einstein, massa gravitasi dan inersia adalah sama. Dari sini, benda-benda besar mampu membelokkan ruang-waktu. Bintang dan planet membuat corong gravitasi di sekelilingnya, di mana satelit alami dan buatan berputar hingga jatuh ke permukaan.
Video promosi:
Quark berinteraksi dengan medan Higgs / Ilustrasi RIA Novosti / Alina Polyanina.
Darimana massa itu berasal
Fisikawan yakin bahwa partikel elementer pasti memiliki massa. Telah dibuktikan bahwa elektron dan bahan penyusun alam semesta - quark - memiliki massa. Jika tidak, mereka tidak dapat membentuk atom dan semua materi yang terlihat. Alam semesta tanpa massa akan menjadi kekacauan kuanta dari berbagai radiasi, yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Tidak akan ada galaksi, tidak ada bintang, tidak ada planet.
Tapi darimana massa itu berasal?
“Saat membuat Model Standar dalam fisika partikel - sebuah teori yang menjelaskan interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat dari semua partikel elementer, kesulitan besar muncul. Model tersebut mengandung divergensi yang tidak dapat dihindari karena adanya massa bukan nol dalam partikel,”kata Alexander Studenikin, Doktor Sains, Profesor dari Departemen Fisika Teoretis di Departemen Fisika Universitas Negeri Lomonosov Moskow, kepada RIA Novosti.
Solusi tersebut ditemukan oleh para ilmuwan Eropa pada pertengahan 1960-an, yang menunjukkan bahwa ada bidang lain di alam - bidang skalar. Ini menembus seluruh alam semesta, tetapi pengaruhnya hanya terlihat pada tingkat mikro. Partikel-partikel tampaknya terjebak di dalamnya dan dengan demikian memperoleh massa.
Bidang skalar misterius dinamai fisikawan Inggris Peter Higgs, salah satu pendiri Model Standar. Boson juga dinamai menurut namanya - partikel masif yang muncul di medan Higgs. Itu ditemukan pada tahun 2012 dalam percobaan di Large Hadron Collider di CERN. Setahun kemudian, Higgs dianugerahi Hadiah Nobel bersama dengan François Engler.
Perburuan hantu
Partikel hantu - neutrino - juga harus dikenali sebagai partikel masif. Hal ini disebabkan pengamatan fluks neutrino dari Matahari dan sinar kosmik, yang untuk waktu yang lama tidak dapat dijelaskan. Ternyata sebuah partikel mampu berubah menjadi keadaan lain selama gerakan, atau berosilasi, seperti yang dikatakan fisikawan. Ini tidak mungkin tanpa massa.
“Neutrino elektronik, yang lahir, misalnya, di interior Matahari, dalam arti sempit tidak dapat dianggap sebagai partikel dasar, karena massanya tidak memiliki arti yang pasti. Namun dalam gerakannya, masing-masing dapat dianggap sebagai superposisi partikel elementer (disebut juga neutrino) dengan massa m1, m2, m3. Karena perbedaan kecepatan neutrino massa, detektor tidak hanya mendeteksi neutrino elektron, tetapi juga jenis neutrino lain, misalnya neutrino muon dan tau. Ini adalah konsekuensi dari pencampuran dan osilasi yang diprediksi pada tahun 1957 oleh Bruno Maksimovich Pontecorvo,”jelas Profesor Studenikin.
Telah ditetapkan bahwa massa neutrino tidak dapat melebihi dua persepuluh volt elektron. Namun arti pastinya masih belum diketahui. Para ilmuwan melakukan ini dalam percobaan KATRIN di Institut Teknologi Karlsruhe (Jerman), yang diluncurkan pada 11 Juni.
“Pertanyaan tentang besarnya dan sifat massa neutrino adalah salah satu yang utama. Keputusannya akan menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut pemahaman kita tentang struktur, - profesor menyimpulkan.
Tampaknya pada prinsipnya semua yang diketahui tentang massa, tetap memperjelas nuansa. Tapi bukan ini masalahnya. Fisikawan telah menghitung bahwa materi yang kita amati menempati hanya lima persen dari massa materi di alam semesta. Sisanya adalah materi gelap dan energi hipotetis, yang tidak memancarkan apa pun dan karenanya tidak terdaftar. Partikel-partikel apa yang terdiri dari bagian-bagian alam semesta yang tidak diketahui ini, apa strukturnya, bagaimana mereka berinteraksi dengan dunia kita? Generasi ilmuwan berikutnya harus mencari tahu.
Tatiana Pichugina
