Temuan Fisika

Temuan yang membawa jendela bagi fisika baru...

Fisikawan-fisikawan yang berasal dari 11 institusi dari Amerika Serikat, Rusia, Jepang dan Jerman yang tergabung dalam kolaborasi Muon (g - 2) di Laboratorium Nasional Brookhaven, New York, pada bulan Februari 2001 lalu mengumumkan temuan baru yang sangat boleh jadi akan menjadi tonggak baru dalam perkembangan fisika partikel. Lee Robets, dari universitas Boston, salah satu pimpinan kolaborasi tersebut mengatakan: "Hasil ini dapat membuka suatu eksplorasi dunia yang sama sekali baru bagi fisikawan-fisikawan yang tertarik pada teori-teori baru, seperti misalnya supersimetri yang memperluas Model Standar. Model Standar adalah teori yang memformulasikan partikel-partikel elementer penyusun materi dengan menyertakan 3 interaksi fundamental, yaitu kuat, lemah, dan elektromagnetik. Teori ini telah bertahan kokoh tak tergoyahkan menghadapi berbagai uji laboratorium dengan ketelitian yang sangat tinggi selama lebih dari 30 tahun. Penemuan partikel-partikel yang diramalakan eksistensinya oleh teori Model Standar, di antaranya top quark pada Mei 1995 dan tau neutrino pada Juli 2000, keduanya di Fermilab, menambah panjang daftar kesuksesan teori Model Standar. Penemuan di Brookhaven ini - suatu pengukuran presisi terhadap anomali momen magnetik muon - menunjukkan penyimpangan yang signifikan terhadap harga yang diramalkan oleh teori Model Standar. Hal ini dapat menjadi suatu petunjuk akan adanya teori fisika lain sehingga sekarang permasalahan di luar asumsi-asumsi teori Model Standar terbuka bagi eksplorasi eksperimen. 

Setiap partikel elementer seperti electron dan muon mempunyai besaran fisis intrinsik yang salah satunya adalah rasio momen magnetik (g) dengan nilai tertentu yang berkaitan dengan spin partikel. Harga anomali momen magnetik atau (g - 2) suatu partikel menggambarkan pengaruh gaya-gaya kuat, lemah, dan elektromagnetik pada spin partikel yang bersangkutan. Dengan menggunakan teori Model Standar fisikawan teori dapat melakukan perhitungan dengan ketelitian yang sangat tinggi, bagaimana spin dari sebuah muon akan terpengaruh jika muon tersebut melintasi suatu medan magnet. Dengan teknologi saat ini g dapat diukur dengan ketepatan yang sangat tinggi Hasil pengukuran anomali momen magnetik pada muon di berbagai laboratorium terkemuka di dunia sebelumnya selalu cocok dengan ramalan teori Model Standar dan merupakan suatu sukses besar teori Model Standar. 

Ilmuwan-ilmuwan di Brookhaven yang melakukan pengukuran anomali momen magnetik pada muon telah mengumpulkan data sejak tahun 1997. Sampai seminggu terakhir sebelum pengumuman temuan tersebut mereka belum mengetahui apakah hasil pengukuran yang mereka lakukan akan sesuai dengan ramalan teori Model Standar. Gary Brunce, manajer proyek eksperimen tersebut, menyatakan "Sekarang kami 99% yakin bahwa perhitungan teori Model Standar tidak dapat menggambarkan data yang kami miliki."

Para ilmuwan di Brookhaven dengan menggunakan suatu sumber muon dengan intensitas tinggi, magnet superkonduktor terbesar di dunia, dan detector-detektor yang sangat tepat dan teliti telah mengukur anomali momen magnetik muon dengan hasil yang secara signifikan lebih tinggi daripada ramalan teori Model Standar. Terhadap perbedaan yang cukup signifikan dalam temuan ini, Vernon Hughes - pimpinan kolaborasi Muon (g - 2) yang lain - menyatakan, "Ada tiga kemungkinan untuk menginterpretasikan hasil ini. Pertama, fisika baru di luar teori Model Standar, seperti misalnya supersimetri, sedang terlihat. Kedua, ada probabilitas statistik kecil bahwa pengukuran eksperimental dan harga teoretik Standar Model masih konsisten. Ketiga, meskipun kecil kemungkinannya, sejarah ilmu pengetahuan telah mengajarkan kepada kita bahwa selalu ada kemungkinan kesalahan dalam eksperimen dan teori." 

Banyak fisikawan partikel percaya bahwa penemuan supersimetri, teori yang meramalkan adanya pasangan supersimetri untuk semua partikel yang dikenal dalam teori Model Standar, hanyalah tinggal menunggu waktu. Partikel-partikel supersimetri diyakini terbentuk pada saat awal terciptanya alam semesta (peristiwa big bang) dan karena ketidak stabilannya telah meluruh menjadi partikel-partikel lain yang kita kenal sekarang ini. Dengan kata lain partikel supersimetri sudah tidak dapat kita jumpai di alam. Namun demikian, dengan teknologi masa kini, melalui tumbukan yang sangat dahsyat di akselerator partikel, partikel-partikel yang sudah tidak ditemui di alam tersebut dapat direkonstruksi. Metode ini telah berhasil digunakan dalam proses penemuan partikel top quark di Fermilab.

Di Fermilab, penulis tergabung dalam kolaborasi D-Zero yang beranggotakan sekitar 450 fisikawan dari berbagai institusi dari 10 negara telah melakukan pencarian langsung terhadap partikel-partikel supersimetri sejak tahun 1994. Metode yang kami lakukan adalah dengan cara merekonstruksi partikel supersimetri melalui tumbukan. Sejauh ini belum diperoleh titik terang tentang keberadaan partikel-partikel tersebut. Temuan baru di Brookhaven, melalui pendekatan yang berbeda, telah mengisyaratkan adanya fisika baru di luar teori Model Standar. Salah satu interpretasi hasil temuan ini adalah terbukanya jendela yang menghubungkan fisika yang kenal ke dunia yang belum tereksplorasi sebelumnya, salah satu di antaranya adalah eksistensi supersimetri. 

Apakah fisika baru di luar teori Model Standar tersebut konsisten dengan teori supersimetri masih belum dapat kita jawab saat ini. Tampaknya kita masih harus bersabar menunggu sampai terkumpul data yang lebih banyak dan bukti yang lebih meyakinkan sebelum kita dapat menjawab lebih pasti, fisika baru apa yang bertanggung jawab pada temuan baru yang termati di Brookhaven. Namun dengan kemajuan teknologi saat ini sangat boleh jadi waktu itu tidak akan lama lagi.