Kajita dan McDonald; Terobosan untuk Memahami Semesta

Pesan Alfred Nobel tentang Penghargaan Nobel bisa diartikan bahwa Ilmu Fisika adalah ilmu pengetahuan yang utama. Nobel menyebut fisika di urutan pertama dalam wasiatnya yang menjadi dasar penghargaan bergengsi itu. Tak heran, dia sendiri adalah peneliti fisika. Banyak orang menempatkan fisika sebagai ilmu pengetahuan terdepan.

Banyak orang tidak paham tentang apa itu neutrino ketika Takaaki Kajita yang tinggal di Jepang dan Arthur B McDonald di Kanada dinobatkan sebagai penerima Penghargaan Nobel di bidang Ilmu Fisika 2015.

Kedua ilmuwan yang tinggal di belahan bumi berbeda, dengan perbedaan waktu 13 jam, itu sukses membuka tabir pengetahuan dasar baru di bidang ilmu fisika partikel. Temuan tersebut juga amat penting untuk memahami alam semesta. Mereka menemukan bahwa neutrino bermetamorfosis dalam perjalanannya (baca: penjalarannya).

Kajita memimpin penelitian neutrino di Super-Kamiokande, di daerah bekas tambang zincum (Zn) dengan menggunakan reaktor raksasa yang ditanam di bawah tanah untuk meredam gangguan lingkungan. Ribuan mata virtual mengamati perjalanan neutrino yang siap menangkap rahasia neutrino.

Tahun 1998, setelah dua tahun eksperimen di Super-Kamiokande, Kajita menemukan, neutrino bermetamorfosis saat menjalar ke Super-Kamiokande. Neutrino tersebut tercipta dari reaksi (pertemuan) antara sinar kosmis dan atmosfer bumi.

Neutrino memiliki tiga bentuk, yaitu elektron-neutrino, muon-neutrino, dan tau-neutrino. Bentuk neutrino bisa berubah dari satu bentuk ke bentuk lain yang mengakibatkan terdeteksinya perbedaan neutrino, ada sesuatu yang hilang.

Super-Kamiokande berupa tangki detektor raksasa yang dibangun sedalam 1.000 meter di bawah permukaan bumi. Tangki tersebut berukuran 40 meter x 40 meter dan dipenuhi dengan 50.000 ton air yang amat murni untuk menjadi medium gelombang neutrino.

Detektor tersebut menerima gelombang muon-neutrino yang melalui bumi dan muon-neutrino yang langsung dari atmosfer. Muncul perbedaan, muon-neutrino yang langsung dari atmosfer ke detektor berjumlah lebih banyak, sementara elektron-neutrino sama. Muncul kesimpulan, ada muon-neutrino yang berubah menjadi tau-neutrino.

Di belahan bumi lain, McDonald bersama para peneliti rekannya di Sudbury Neutrino Observatory (NSO), Kanada, mengamati neutrino yang berasal dari matahari. Tahun 2001, mereka pun menemukan bahwa neutrino bermetamorfosis. Penelitian di NSO, yang dibangun di bekas tambang nikel (Ni) di Ontario, dimulai pada 1999.

Laboratorium NSO mengukur neutrino langsung dari matahari sebagai yang menghasilkan neutrino, hanya menghasilkan elektron-neutrino.

ARTHUR B MCDONALD

LAHIR: Sydney, Kanada, Agustus 1943
Menikah dengan empat anak dan delapan cucu
JABATAN:
2013-sekarang: Profesor Emeritus Queen’s University, Ontario
1989-sekarang: Direktur NSO

PENDIDIKAN:
Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Master Fisika (1965)
California Institute of Technology, Pasadena, California, AS, PhD Fisika (1969)

PENGHARGAAN:
Henry Marshall Tory Medal dari Royal Society of Canada (2011)

—–

TAKAAKI KAJITA

LAHIR:
Higashimatsuyama, Jepang, 9 Maret 1959

PEKERJAAN:
Institute for Cosmic Ray Research di University of Tokyo, Kashiwa, Jepang

PENDIDIKAN:
Saitama University (BS)
University of Tokyo (MSc, PhD)

ISTRI:
Michiko

PENGHARGAAN:
Asahi Prize (1988)
Elektron neutrino ini diamati di kedalaman 2 kilometer dengan 9.500 lampu detektor dalam tangki yang diisi dengan 1.000 ton air yang berbeda dengan air biasa. Air tersebut mengandung lebih banyak neutron dalam nukleusnya (inti sel) sehingga menghasilkan isotop hidrogen, deuterium.

Jawab spekulasi
Setelah menempuh jarak sekitar 150 juta kilometer, dua pertiga elektron-neutrino “hilang”, tetapi jumlah keseluruhan tiga neutrino tetap. Kesimpulan yang bisa ditarik dari temuan ini adalah elektron-neutrino telah mengalami perubahan identitas.

Sebelum temuan tersebut, perubahan identitas neutrino hanya menjadi spekulasi belaka. Spekulasi dan misteri tersebut akhirnya terjawab dan terpecahkan oleh kerja-kerja tekun kedua ilmuwan tersebut pada dua laboratorium di belahan bumi yang berbeda, yang merupakan laboratorium yang canggih.

Pada mulanya, neutrino juga dikatakan tidak memiliki massa. Namun, dengan dua penelitian tersebut, ditemukan bahwa neutrino berosilasi. Hal tersebut membuktikan bahwa neutrino memiliki massa.

Kehadiran neutrino tak kita sadari, padahal neutrino ada di mana-mana di sekeliling kita.

McDonald dalam wawancara dengan pers dari ruang pengumuman Nobel di Stockholm membuat pernyataan yang menumbuhkan harapan, “Temuan ini juga membawa terang pada masalah tenaga fusi yang menjadi sumber energi matahari. Suatu saat nanti, sumber energi matahari diharapkan bisa dialirkan dan dipakai sebagai sumber energi di Bumi.”

Memeluk istri

Hidup di dua belahan bumi yang nyaris berseberangan membawa suasana yang berbeda bagi kedua ilmuwan tersebut saat ditelepon oleh panitia Penghargaan Nobel terkait dengan pemberitahuan kemenangan mereka.

Takaaki Kajita
McDonald mengatakan, “Ya, saya menerima telepon pukul lima pagi dan saya terbangun karena kabar luar biasa ini. Amat mengagetkan dan amat mengejutkan, tetapi sekaligus juga bersyukur.”

“Saya memeluk istri saya. Dia terbangun karena telepon itu,” ujarnya sambil tertawa, menjawab pertanyaan wartawan dari Komite Penghargaan Nobel, Adam Smith, sesaat setelah pengumuman.

Tentang ketekunannya meneliti neutrino, ilmuwan Kanada ini mengatakan, neutrino seperti elektron dan quark adalah partikel fundamental yang kita tidak tahu bagaimana membelahnya. Hal ini merupakan bagian amat fundamental dalam hukum fisika pada tingkat yang amat mikroskopis. Temuan ini menjadikan mereka amat sangat penting untuk memahami dunia kita secara amat terperinci

“Namun, itu amat sulit diamati sehingga sangat lama dan bertahun-tahun tak dapat diketahui. Bahkan juga untuk mengetahui bahwa mereka memiliki massa lebih besar dari nol. Kita berpeluang mengukurnya jika kita bisa mencapainya dengan mengurangi radioaktivitasnya hingga level terendah yang paling mungkin. Ini harus diikuti dengan membangun detektor seukuran bangunan setinggi 10 lantai dan 2 kilometer di bawah permukaan tanah dalam sebuah wilayah tambang. Dengan begitu, pengukurannya baru bisa dimungkinkan. Tahun 2002, kita memiliki hasil jernih yang menunjukkan bahwa neutrino berubah dari satu tipe ke tipe lain. Sungguh menyenangkan saat itu terjadi,” jelasnya.

Sementara itu, Kajita menerima kabar saat berada di ruang kerja dan sedang membuka surat elektronik. Seperti layaknya peneliti, ia sedang sendirian di ruangan kecil.

Bagi Kajita, pada mulanya dirinya hanya meneliti peluruhan proton. Namun, dia ingin meningkatkan studinya dengan meneliti neutrino karena merupakan latar belakang dari peluruhan proton. “Saya menemukan ada yang aneh saat saya memulai penelitian itu,” ujarnya.

Dengan kerendahhatian seorang peneliti, terkait temuannya ini, Kajita berujar, “Penemuan massa neutron masih terlalu dini untuk menjelaskan mayoritas massa di alam semesta.”

(NOBELPRIZE.COM/ WWW.IPMU.JP/TAKAAKI-KAJITA—BRIGITTA ISWORO)
———————–
Versi cetak artikel ini terbit di harian Kompas edisi 10 Oktober 2015, di halaman 16 dengan judul “Terobosan untuk Memahami Semesta”.