Gairah ribuan fisikawan di laboratorium Conseil Europe enne pour la Recherche Nuclaire (Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir/CERN) menggebu-gebu. Bulan lalu mereka menuntaskan eksperimen OPERA, yang mengklaim neutrino bisa bergerak lebih cepat ketimbang cahaya.
Temuan laboratorium percepatan partikel terbesar di dunia ini membuat geger dunia ilmu pengetahuan. Maklum, jika benar, temuan itu bakal meruntuhkan teori relativitas Albert Einstein. Implikasi lain adalah fondasi atau paradigma utama fisika harus diganti.
Masih hangat perbincangan tentang neutrino, pada Jumat lalu Direktur Jenderal CERN Rolf Heuer membuat target ambisius. Tahun depan, katanya, laboratorium yang terletak di perbatasan antara Prancis dan Swiss itu bakal memastikan partikel Higgs Boson ada atau tidak.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Higgs Boson adalah partikel yang memegang posisi kunci di alam semesta. Peraih Nobel Fisika, Leon Lederman, menyebutnya sebagai partikel Tuhan karena mirip konsepsi manusia akan Sang Pencipta. Sejak 30 Maret 2010, CERN memulai eksperimen dengan penumbuk proton-proton Large Hadron Collider (LHC) untuk menemukan partikel itu.
“Semangat kami menggebu-gebu mengamati tabrakan berenergi paling tinggi yang bisa diciptakan umat manusia,” kata Haryo Sumowidagdo, ahli fisika asal Indonesia yang bekerja di Compact Muon Selenoid (CMS) milik LHC. Eksperimen lain dari LHC untuk mencari partikel Tuhan adalah ATLAS.
Menurut Haryo, CMS beranggotakan ratusan fisikawan dari berbagai negara. Mereka terdiri atas profesor, staf peneliti postdoctoral (seperti Haryo), dan mahasiswa program doktor. Di CERN sendiri ada 5.000-6.000 ahli fisika yang bekerja dan melakukan penelitian.
Namun posisi Haryo, yang bekerja di CERN sejak Januari 2009, unik. Maklum, upaya pencarian partikel Tuhan telah dimulai sejak 2002, ketika ia menjadi mahasiswa program doktor di Florida State University, Amerika Serikat. Penelitian disertasi dilakukan di Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab).
Fermilab, yang didirikan pada 1967, adalah laboratorium fisika partikel dengan energi tertinggi di dunia. Ada 2.000-3.000 ilmuwan dari seluruh dunia yang bekerja di laboratorium yang letaknya dekat Chicago itu. Mereka terdiri atas mahasiswa doktoral, staf peneliti postdoctoral, dan profesor. Di laboratorium bergengsi ini, Haryo tergabung dalam D0 atau salah satu detektor pada mesin Tevatron Fermilab.
Topik disertasi Haryo tentang peluruhan top quark ke tau lepton. Selain itu, tentang pencarian Higgs Boson bermuatan listrik dalam peluruhan top quark. Pada 2008, dia menyelesaikan program doktor tersebut dan bekerja sebagai staf peneliti di Departemen Fisika dan Astronomi Universitas California Riverside. Oleh kantornya, Haryo diutus untuk berkolaborasi dengan fisikawan CERN untuk menemukan partikel Higgs.
Pengalamannya di Fermilab dan CERN menjadikan Haryo sebagai anggota Tim Pemburu Partikel Tuhan. “Saya senang dapat terjun langsung dalam mencari partikel fundamental,” kata Haryo, yang lahir di Singaraja, Bali, pada 25 Oktober 1976.
Menurut dia, sangat menarik melihat bagaimana sebuah mesin besar terdiri atas banyak sensor, kabel, dan komputer bisa dikaitkan langsung dengan perumusan matematika teori partikel elementer di atas kertas.
Haryo menjelaskan, eksperimen OPERA merupakan peristiwa ketika semuanya dipenuhi oleh ketidaktahuan. Inilah saatnya fisikawan harus bekerja paling keras, baik secara teori maupun eksperimen. Mereka yang mendalami teori akan memikirkan teori baru, mengusulkan teori tersebut, dan bagaimana cara mengecek teori tersebut.
Mereka yang bereksperimen akan mencoba mengkaji dan menguji ulang hasil OPERA atau mencari-cari faktor kesalahan yang mungkin dilupakan oleh OPERA. “Buat saya pribadi,” ujar Haryo, “inilah saat-saat yang paling menarik dari bekerja dalam fisika dan mengapa saya menjadi seorang fisikawan.”
Haryo, yang menjadi moderator mailing list fisika_Indonesia, terus menginformasikan perkembangan penelitian di CERN. Dia menyarankan para guru dan dosen fisika agar menjadikan topik neutrino sebagai bahan diskusi di kelas.
Diskusi itu, katanya, bukan dalam rangka menjatuhkan atau menggugat teori relativitas khusus, melainkan mengajarkan proses berpikir dan perkembangan ilmiah. Menurut Haryo, pelajaran dan pengamatan langsung tentang proses ini merupakan bekal yang sangat berharga bagi generasi ilmuwan Indonesia di masa depan. l UWD | ANTON WILLIAM
Mengungkap Peluruhan Top Quark
Ketertarikan Haryo Sumowidagdo kepada fisika partikel bermula dari berita pada 1994. Saat itu media memberitakan tentang pencarian top quark oleh alumnus Departemen Fisika Universitas Indonesia. Ketika diterima di Universitas Indonesia untuk program S-1 dan S-2, Haryo memilih berkonsentrasi pada fisika nuklir dan partikel teori dengan pembimbing Profesor Dr Terry Mart dan Profesor Dr Darmadi Kusno.
“Saya berutang budi besar kepada beliau berdua,” kata Haryo, yang menyelesaikan sekolah dasar hingga sekolah menengah atas di Jakarta. Selepas dari UI, dia melamar untuk program doktor di Amerika Serikat. Ada dua universitas yang menerima Haryo, tapi ia memilih Florida State University karena punya lebih banyak topik penelitian.
Di perguruan tinggi itu, Haryo baru berkonsentrasi pada fisika partikel. Untuk menyelesaikan risetnya, dia bekerja di Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), yang pada 1995 menemukan partikel sub-atomik bernama top quark. Ini merupakan quark terakhir yang ditemukan dari enam quark yang diprediksi oleh model partikel standar.
Haryo ikut dalam tim investigasi mencari sifat-sifat partikel ini. Melalui disertasi doktoral pada Florida State University, untuk pertama kalinya Haryo mengungkap karakter top quark ketika berubah menjadi pasangan partikel elementer lainnya, yaitu muon dan tau.
“Peluruhan top quark menjadi dua pasangan ini tak pernah terlihat oleh D0 (salah satu detektor pada mesin Tevatron Fermilab),” ujarnya. Top quark sendiri memiliki nilai penting dalam dunia fisika. Partikel ini merupakan elemen terakhir yang melengkapi “model partikel standar”, yang menjadi acuan seluruh fisikawan dunia dalam mempelajari mikrokosmos.
Hingga saat ini, top quark dikenal sebagai partikel elementer paling berat yang pernah ditemukan ilmuwan. Massa satu partikel ini setara dengan 175 kali atom hidrogen. Menurut Haryo, massa yang sangat besar ini membuat pusing fisikawan sehingga penelusuran sifat partikel itu masih terus dilanjutkan.
Sebagian fisikawan menganggap massa yang kelewat besar ini menjadi petunjuk akan konsep baru dalam fisika partikel. “Ada ide baru yang belum diketahui,” kata Haryo. Untuk mengungkap kenapa top quark bisa mengumpulkan massa sebesar itu, fisikawan harus mempelajari interaksi partikel ini dengan partikel-partikel lain.
Di laboratorium CERN, Haryo kini sibuk memburu partikel Tuhan, yang dianggap bertanggung jawab menjelaskan keberadaan massa pada inti atom. Perhitungan di atas kertas menunjukkan partikel Tuhan memiliki massa hampir setara dengan top quark.
Penelitian di Fermilab dan CERN yang dilakukan Haryo dalam satu dekade terakhir membuatnya berada di garda terdepan dalam penelitian partikel elementer terberat yang diketahui manusia: top quark dan partikel Tuhan. “Kapan ada lagi orang Indonesia yang ikut serta sebagai peneliti di sini?” l ANTON WILLIAM
Menyala Besar-besaran
Large Hadron Collider (LHC) akan mempercepat dua berkas proton atau antiproton pada arah berlawanan sehingga bertabrakan pada empat detektor terpasang.
Sebelum proton memasuki cincin utama LHC, partikel dilewatkan pada beberapa mesin dan secara bertahap kecepatannya dinaikkan sehingga mencapai energi lebih tinggi.
Langkah Pertama:
Dimulai di permukaan tanah dengan mengupas elektron dari kulit atom hidrogen, sehingga menyisakan proton. Partikel dipercepat hingga 31,4 persen kecepatan cahaya lalu dimasukkan ke rantai pemercepat.
Cincin Booster:
Proton dipercepat hingga 91,6 persen kecepatan cahaya lalu disalurkan ke mesin proton synchrotron berdiameter 200 meter.
Proton Synchrotron:
Mesin berusia 50 tahun ini mempercepat proton hingga 99,93 persen kecepatan cahaya atau setara dengan energi sebesar 25 GeV.
Superproton Synchrotron (SPS):
Terletak 40 meter di bawah tanah, SPS mempercepat proton hingga 99,9998 persen kecepatan cahaya atau setara dengan energi sebesar 450 GeV. Dari sini proton dialirkan ke Large Hadron Collider pada dua arah, yaitu searah perputaran jarum jam dan berlawanan arah.
Large Hadron Collider (LHC):
Dirancang untuk mempercepat proton hingga 99,9999991 persen kecepatan cahaya atau setara dengan energi sebesar 7 TeV. Partikel ditabrakkan di detektor yang tersebar di empat lokasi.
CMS
Compact Muon Solenoid
Jumlah ilmuwan: lebih dari 2.000 orang
Negara yang terlibat: 38
Bobot: 12,5 ribu ton
Ukuran: panjang 25 meter, tinggi 15 meter, lebar 15 meter
ALICE
A Large Ion Collider Experiment
Jumlah ilmuwan: lebih dari 1.500 orang
Negara yang terlibat: 31
Bobot: 10 ribu ton
Ukuran: panjang 26 meter, tinggi 16 meter, lebar 16 meter
ATLAS
A Toroidal LHC Apparatus
Jumlah ilmuwan: lebih dari 1.900 orang
Negara yang terlibat: 35
Bobot: 7.000 ton
Ukuran: panjang 46 meter, tinggi 25 meter, lebar 25 meter
LHCb
LHC Beauty
Jumlah ilmuwan: lebih dari 650 orang
Negara yang terlibat: 14
Bobot: 5,6 ton
Ukuran: panjang 21 meter, tinggi 10 meter, lebar 13 meter
Melampaui Atom
Model standar partikel adalah kumpulan teori yang menjelaskan partikel terkecil penyusun materi.
Atom
Elektron
Neutron
Proton
Inti Atom (Nukleus)
Quark
Proton
u u d
Model standar memiliki tiga kategori partikel. Materi tersusun oleh fermion (quark dan lepton). Boson menyediakan tiga jenis gaya: elektromagnetisme, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah.
Saat ini model standar partikel belum lengkap karena tak bisa menjelaskan beberapa hal penting di alam semesta, seperti:
Gravitasi
Massa
Materi gelap
Energi gelap
Partikel elementer dalam model standar
Fermion
Up u
Charm c
Top t
Down d
Strange s
Bottom b
*Lepton
Neutrino elektron Ve
Neutrino muon Vu
Neutrino tau Vt
Elektron e
Muon
Tau
Gaya pengangkut
Boson
Foton
Gluon
Gaya lemah
Gaya kuat
Grafik: LIVESCIENCE.COM
Sumber: Koran Tempo, 19 Oktober 2011
