Rabu, 16 September 2015

Mencari Partikel Tuhan untuk menyingkap pembentukan alam semesta

antimateriBiologi Media Centre – Pernah melihat film berjudul Angels and Demons? Film yang diangkat dari novel karya Dan Brown ini memang cukup apik dan bernafas teknologi tinggi, meski tidak sekontroversial The da Vinci Code.
Pada film tersebut dikisahkan lenyapnya sebuah bahan yang di sebut ‘antimateri’ dari laboratorium CERN Eropa karena dicuri seseorang. Hilangnya materi ajaib ini membuat geger, karena selain merupakan penemuan baru di bidang Fisika modern, antimateri ini juga sangat berbahaya sebaba bila lepas dari pelindungnya bisa memusnahkan materi apa saja!
Tahukan Anda bahwa cerita pada film tersebut bukan sekedar fiksi ilmiah? Ya. Laboratorium CERN dan antimateri itu benar-benar ada dan berhasil dibuat! Apa sebenarnya antimateri itu?

Antimateri : Partikel Tuhan penyingkap pembentukan alam semesta

Materi adalah segala sesuatu yang telah kita kenal sebagai penyusun seluruh alam semesta ini dan telah terbukti eksistensinya. Selain materi sebagai penyusun alam, terdapat pula antimateri, yaitu sesuatu yang secara massa, sifat fisik, dan sifat kimianya mirip dengan materi, tetapi berbeda muatan. Contohnya adalah positron, yang merupakan antimateri dari elektron. Positron (anti-elektron) adalah partikel elektron bermuatan positif sedang elektron sendiri bermuatan negatif. Contoh lain adalah proton yang bermuatan positif. Proton mempunyai anti materi yang disebut anti-proton (negatron) yang bermuatan negatif. Karena satu proton dan satu elektron membentuk atom hidrogen, maka terdapat pula antimateri yang disebut anti-hidrogen.
antimateriPerhatikan satu atom hidrogen yang disusun oleh satu proton dan satu elektron. Antimateri bisa dianggap sebagai cerminan materi. Karena itu hidrogen memiliki antimateri berbeda muatan yang disebut anti-hidrogen yang disusun oleh anti-proton dan anti-elektron (positron). Perhatikan juga gambar perbandingan di bawah.
antimateri

Bagaimana konsep positron sebagai antimateri elektron ini ditemukan?

Keberadaan positron telah diprediksikan oleh Paul Dirac pada tahun 1902. Kemudian Carl Anderson yang membuktikan keberadaan positron pada 1932, di Fermilab, Chicago, Amerika Serikat. Elektron positif (positron) dapat dideteksi dalam fluks radiasi kosmik pada permukaan bumi. Anderson menggunakan pengamat kamar buih yang disusun oleh hidrogen cair. Dia menembakan partikel bermuatan ke dalam bubble chamber berisi superheated liquid yang dikelilingi medan magnet. Bila ada suatu partikel bermuatan melewati hidrogen cair, maka atom-atom hidrogen yang dilewati akan terionisasi sehingga menimbulkan buih di sepanjang lintasannya. Jika buih itu disinari cahaya, kita dapat mengamati jejak-jejak yang ditimbulkan partikel bermuatan tadi. Melalui beberapa foto yang diambil, Anderson mengamati bahwa ada muatan yang massanya sama dengan elektron tetapi melengkung ke arah yang berlawanan. Itulah positron sang elektron positif.
Antimateri tidak boleh berinteraksi langsung dengan materi, karena keduanya akan saling memusnahkan (annihilation) bahkan dengan udara. Seperti  Einstein bilang bahwa materi adalah energi yang terperangkap. Energi itu dapat lepas ketika lapisan yang memerangkapnya terbuka. Jadi jika materi dan antimateri bertemu, ini identik dengan lapisan pembungkusnya terbuka, maka keduanya akan meniadakan sedemikian rupa sehingga keduanya akan terlepas dalam bentuk energi sebesar 100 persen. Apa artinya? Artinya tidak ada sisa pembakaran, tidak ada debu, tidak ada polusi. Inilah bahan bakar sempurna untuk masa depan.
Demikian luar biasa dan sempurnanya efisiensi antimateri ini, sehingga satu gram saja antimateri dapat digunakan untuk membuat bom nuklir yang jauh lebih hebat daripada bom atom di Hiroshima – Nagasaki dulu. Reaksi ini 1000 kali lebih besar daripada fisi nuklir dan 300 kali lebih dahsyat daripada fusi nuklir.

Lantas mengapa semesta kita sekarang hanya ada materi? Di mana antimaterinya?

Penelitian tentang antimateri sangat berguna dalam membuktikan teori big bang (= ledakan dahsyat – teori mengenai penciptaan alam semesta). Menurut fisika partikel, saat big bang terjadi, materi dan antimateri terdapat dalam proporsi yang sama, baik massa maupun putaran (spin), tetapi berbeda muatan dan kutub magnet. Namun, ketika materi dan antimateri bertemu mereka saling melenyapkan dalam suatu ledakan dahsyat.
Hipotesis menyatakan bahwa bentukan alam semesta adalah broken assymetry (simetri yang terkoyak). Pada waktu kelahiran alam semesta besarnya suhu diperkirakan 1032o K dan segala sesuatu terdapat dalam bentuk radiasi. Selanjutnya terjadi perusakan simetri yang menghasilkan massa. Materi yang terbentuk setelah big bang disebut spontaneous broken symmetry (perusakan simetri spontan). Saat peristiwa itu berlangsung, kelebihan materi sebesar 10 pangkat 8 atau 10 pangkat 9 x 99,999999 % materi musnah bersama seluruh antimateri ! Sisanya 0,000001 % merupakan materi yang menyusun jagad raya sekarang !
Jadi, alam semesta sekarang sebenarnya disusun oleh sebagian kecil materi yang tersisa setelah big bang. Kemana antimaterinya? Itulah yang sedang dicari para fisikawan modern. Jika berhasil mempelajari antimateri si partikel Tuhan ini, maka rahasia big bang yang membentuk alam semesta akan tersingkap.
Untuk mempelajari antimateri, salah satu caranya adalah membuat antimateri menggunakan mesin super raksasa milik European Organization for Nuclear Research (CERN) di Swiss yang disebut Large Hadron Collider (LHC). Apa itu? Saya akan menulisnya di artikel berikutnya.


Mencari Partikel Tuhan untuk menyingkap pembentukan alam semesta (2)
Mencari Partikel Tuhan untuk menyingkap pembentukan alam semesta (2)
Sudah dibaca 6966 kali

imageBiologi Media Centre – Antimateri tidak terdapat secara alami di bumi. Mungkin hanya ada sedikit di sistem tata turya kita. Lembanga yang pertama menciptakan antimateri adalah Fermilab dan CERN (Conseil Européean pour la Recherche Nucléaire-Organisasi Eropa untuk Penelitian Nuklir). Pertamakali menciptakan antihidrogen tahun 1995.

Awalnya, CERN melalui proyek ATHENA berhasil membuat 9 atom antihidrogen. Antihidrogen ini terlalu “panas” untuk dipelajari sehingga CERN berkolaborasi dengan ALPHA dan ATRAP untuk membuat antihidrogen yang “dingin”. Tahun 2002, antihidrogen berhasil yang dingin berhasil dibuat oleh ATRAP dan ATHENA. Namun saat itu antihidrogen hanya berhasil diciptakan dan belum bisa ‘ditangkap’.

Beberapa waktu kemarin CERN telah berhasil menjebak antihidrogen yang pertama kali. Bahan ini berhasil ditahan selama dua per sepuluh detik! Proyek eksperimen ini dilakukan oleh gabungan tim AlLPHA – CERN dengan membuat antiproton dan postiron (elektron positif), dan membuatnya saling berikatan. Inilah sebuah antimateri yang disebut antihidrogen.

Untuk membuat antiproton, tim menggunakan proton yang biasa digunakan sebagai input mesin Large Hadron Collider (LHC), dan menembakkannya ke sebuah sasaran metal. Sedangkan positron diambil dari sumber sodium radioaktif. Untuk membuat antiproton dan positron ini saling berikatan digunakan teknik osilasi medan listrik dengan merangsang antiproton ke tingkat energi yang sama dengan positron.

Permasalahan yang muncul begitu antimateri dibuat adalah bagaimana cara menyimpan antimateri tersebut. Karena antimateri akan langsung bereaksi dengan materi dan saling meniadakan, maka antimateri disimpan di dalam tabung yang disebut jebakan antimateri. Tabung vakum ini memiliki kutub elektromagnet di masing-masing ujungnya sehingga antimateri tersebut melayang bebas di tengah tabung sehingga tidak bersentuhan dengan materi. Bisa juga menggunakan kristal dilithium (26 dilithium 21 diallosilicate 1:9:1 heptoferranide). Kristal tersebut bisa mengatur kecepatan proses peniadaan (annihilation) antara materi-antimateri, dan juga merupakan satu-satunya kristal yang dapat menyerap antimateri.
Large Hadron Collider : mesin ultra modern raksasa pembuat antimateri

CERN adalah salah satu lembaga atau laboratorium penelitian fisika partikel terkenal di Eropa. Terletak di Jenewa – Swiss, lembaga ini mempunyai mesin akselerator partikel yang disebut Large Hadron Collider (LHC) untuk meneliti dan mempelajari misteri antimateri. CERN bekerjasama dengan ATRAP dan ALPHA dalam melakukan riset mengenai antimateri. Lembaga-lembaga ini terdiri atas ilmuwan-ilmuwan dari berbagai negara dan universitas yang bertujuan membuat antimateri, contohnya antihidrogen. Mengapa antihidrogen yang dibuat? Untuk awal eksperimen ini adalah langkah termudah, karena antihidrogen adalah antimateri dari hidrogen yang merupakan sebuah senyawa yang sangat sederhana. Eksperimen ini dilakukan di Antiproton Decelerator di CERN.

Large Hadron Collider (LHC) ini memang mesin ciptaan manusia yang paling besar dan paling rumit. Untuk menggambarkan betapa besarnya, bayangkan mesin ini sepanjang 17 mil, menyeberangi tapal batas dua negara, mempunyai detektor di empat lokasi sebesar bangunan manusia, dan ditempatkan di terowongan bawah tanah yang sangat besar pada kedalaman 175 meter! Jika Anda berada di dalamnya saat mesin ini dioperasikan, Anda akan terkena radiasi berat dan dan berakibat fatal.

Inilah beberapa fakta yang menyangkut mesin LHC milik CERN:
    Akan memakan waktu paling tidak 20 tahun dan sampai sekarang masih berjalan
    Satu tim yang terdiri dari 7.000 fisikawan yang berasal dari lebih dari 80 negara
    Mesin dibangun dengan diameter 27 kilometer, dengan kedalaman 175 meter di bawah permukaan tanah
    Menciptakan antimateri dengan berdasar proses tubrukan antar proton yang dipercepat dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya
    Menciptakan keadaan temperatur hingga 1 juta kali lebih panas dari inti matahari
    Menggunakan magnet-magnet superkonduktor yang didinginkan pada temperatur lebih dingin dari suhu luar angkasa


Untuk menggambarkan besarnya mesin LHC, perhatikan ukuran teknisinya. Padahal itu baru sebagian kecil.

Mesin ditempatkan pada teorowongan melingkar pada kedalaman 175 meter dengan radius 17 mil ! Melalui terowongan inilah proton dipaksa berjalan mendekati kecepatan cahaya sebelum akhirnya bertubrukan dan menghasilkan antimateri.

Untuk satu solenoid (kumparan) dibutuhkan besi yang jumlahnya bahkan lebih banyak dari besi untuk membangun menara Eiffel ! Biaya untuk membangun LHC ini luar biasa besar, sehingga tahun 1993 Amerika menghentikan proyeknya sendiri yaitu Superconducting Super Collider, meskipun terowongan bawah tanah sepanjang 14 mil telah digali di Texas. Perhatikan gambar-gambar berikut ini.

Apa manfaat antimateri?

Sebenarnya banyak manfaat yang bisa dipetik dari antimateri. Awalnya penelitian dilakukan dengan tujuan bisa mengungkap bagaimana kira-kira pembentukan alam semesta dahulu melalui peristiwa big bang. Prosesnya kira-kira begini: dua proton ditembakkan dalam arah yang berlawanan dan bertubrukan di empat titik sepanjang lintasannya. Ini meniru kondisi “Big Bang” dari “plasma kosmik”. Plasma kosmik adalah keadaan hampir cair yang masih merupakan misteri, yang terbentuk sebelum partikel-partikel mendingin. LHC akan memaksa partikel-partikel ini lepas dari ikatannya, menjadi substansi dari zat yang terurai untuk menciptakan “plasma kosmik” yang asli, dan merekonstruksi kondisi Big Bang.

Salah satu kegunaan lain antimateri adalah teknik Positron Emission Tomography (PET). Dalam bidang kedokteran, metode PET sangat membantu dalam menganalisis penyumbatan-penyumbatan pembuluh darah pada bagian tubuh tertentu yang terlalu berbahaya bila menggunakan sinar X. Caranya, positron (elektron positif) dicampurkan dengan zat cair tertentu yang mengandung elektron dan disuntikkan ke dalam tubuh. Bila positron dan elektron bertemu pada daerah penyumbatan, keduanya akan saling memusnahkan dan menghasilkan radiasi sinar gamma. Ledakan sinar gamma akan dideteksi oleh melalui monitor sehingga lokasi penyumbatan diketahui. Tentu saja komposisi elektron dan positron disesuaikan agar ketika terjadi pemusnahan ledakan sinar gammanya tidak merusak jaringan tubuh. Teknik kedokteran ini dikembangkan oleh Michael T. Pogossian dan Michael E. Phelps tahun 1975 di Washington University School of Medicine.

Kegunaan antimateri lainnya yaitu sebagai sumber energi masa depan, mirip seperti yang digambarkan pada film Star Trek. Reaksi 1 kg materi-antimateri dapat menghasilkan energi sebesar 1,81 X 1017 J (180 petajoule) atau setara dengan 40 megaton bahan peledak TNT ! Sayangnya energi sebesar itu tidak bisa digunakan seluruhnya karena 50% diambil oleh neutrino atau hilang. Selain itu, teknologi sekarang belum memungkinkan digunakannya antimateri sebagai sumber energi.

Antimateri juga dapat digunakan sebagai senjata. Dalam fiksi, antimateri merupakan sumber energi U.S.S Enterprise dan senjata torpedo foton dalam film Star Trek. Sama seperti sumber energi antimateri, senjata ini masih hipotetis. US Air Force sangat tertarik dengan riset Fisika antimateri untuk digunakan sebagai bom setelah Perang Dingin usai.

Sumber energi dan senjata dari antimateri tampaknya harus menunggu perkembangan teknologi. Selain itu, biaya menjadi kendala. Untuk menciptakan sebutir antiproton saja butuh ongkos jutaan dolar. Satu gram antimateri menghabiskan 25 milyar dolar AS hingga 100 quadrilion dolar, sementara waktu yang diperlukan untuk memproduksinya kira-kira 100 milyar tahun.
Print Friendly and PDF
Terima Kasih Anda Telah Membaca Artikel
Judul: Mencari Partikel Tuhan untuk menyingkap pembentukan alam semesta
Ditulis Oleh Sky Geth
Berikanlah saran dan kritik atas artikel ini. Salam blogger, Terima kasih

Peraturan Berkomentar Di Blog Ini !

- Diharapkan menggunakan kata-kata yang sopan, santun, baik.
- Dilarang keras komentar Sara,Pornografi,Kekerasan,Pelecehan.
- Berkomentarlah yang berhubungan dengan topik ( no OOT)
Terima Kasih

Berlanganan