Efek Gravitasi pada Antimateri yang Sulit Dipahami Terungkap

MTUNews – Teori tentang Antimatter atau antimateri saat ini telah berkembang sedemikian jauh karena menjadi teknologi potensial yang dapat mengubah masa depan. Meski sangat mahal dalam pembuatannya namun pengembangan sejumlah proyek yang melibatkan “benda” ini selalu mendapat perhatian banyak pihak.

Antimateri adalah kumpulan partikel yang mempunyai muatan dan struktur yang berlawanan dengan seluruh partikel yang ada di bumi. Harganya jika asumsinya kurs Rp 14.800 per dolar AS, maka harga benda ini mencapai Rp 925.000 triliun, atau US$ 62,5 triliun.

Perhatian akan penemuan dan pembuatab antimateri bisa jadi karena “benda” ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi, bahan pendorong atau peledak, bahkan senjata yang luarbiasa.

Untuk pertama kalinya, dalam sebuah percobaan laboratorium unik di CERN, para peneliti mengamati atom antihidrogen individu berada di bawah pengaruh gravitasi. Tes tersebut mengkonfirmasikan bahwa antimateri dan materi biasa saling tarik menarik secara gravitasi, dan temuan ini mengesampingkan tolakan gravitasi sebagai alasan mengapa sebagian besar antimateri hilang dari pengamatan di alam semesta.

Para peneliti dari kolaborasi internasional Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA) di CERN di Swiss menerbitkan temuan mereka hari ini di jurnal Nature, sebuah upaya yang didukung oleh lebih dari selusin negara dan lembaga swasta, termasuk AS bersama gabungan U.S. National Science Foundation/Department of Energy Partnership in Basic Plasma Science and Engineering program

CERN (Centre Europeen pour la Recherchee Nucleaire), adalah kompleks laboratorium pemercepat partikel terbesar di dunia yang terletak di perbatasan antara Prancis dan Swiss, persis di sebelah barat Jenewa.

Di laboratorium ini, fisikawan membuat antimateri untuk dipelajari dalam eksperimen. Titik awalnya adalah Deselerator Antiproton, yang memperlambat antiproton sehingga fisikawan dapat menyelidiki sifat-sifatnya.

Secara teori “benda” ini dapat dibuat, tetapi saat ini belum dapat diproduksi karena biaya produksinya yang sangat tinggi dan juga belum adanya teknologi yang mampu menyimpan antimateri dalam jumlah yang besar, karena antimateri akan saling menghancurkan dengan materi apabila keduanya saling bersentuhan.

Tubrukan antimateri dengan materi akan mengeluarkan energi sebesar ekivalen energi-massa keduanya, sehingga energi yang dihasilkan jauh lebih besar daripada senjata termonuklir (100% vs 7-10%). Satu gram antimateri yang bereaksi dengan satu gram materi dapat menghasilkan tenaga sebesar ~1.8×10¹⁴ joule atau 46,6 Kiloton. Energi ini tiga kali lebih besar daripada bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima.

Produksi antimateri sangat mahal (diperkirakan $6 miliar untuk setiap 100 nanogram), jumlah antimateri yang dihasilkan sangat kecil, dan teknologi saat ini sangat sulit untuk mengandung antimateri, yang mana musnah saat menyentuh materi biasa.

“Keberhasilan kolaborasi ALPHA merupakan bukti pentingnya kerja sama tim lintas benua dan komunitas ilmiah,” kata Vyacheslav “Slava” Lukin, direktur program di Divisi Fisika NSF. “Memahami sifat antimateri dapat membantu kita tidak hanya memahami bagaimana alam semesta kita terbentuk namun juga memungkinkan inovasi baru yang sebelumnya tidak pernah terpikirkan mungkin terjadi — seperti pemindaian tomografi emisi positron (PET) yang telah menyelamatkan banyak nyawa dengan menerapkan pengetahuan kita tentang antimateri untuk mendeteksi tumor kanker di dalam tubuh.”

Kembaran materi yang sulit dipahami dan mudah berubah
Coba bayangkan, penggerak kecepatan warp berbahan bakar antimateri dan torpedo foton seperti di film Star Trek, di luar imajinasi antimateri benar-benar nyata, namun secara misterius langka.

Keuntungan terpenting dari perangkat atau senjata teoretis semacam itu adalah bahwa tumbukan antimateri dan materi mengakibatkan seluruh jumlah energi setara massanya dilepaskan sebagai energi, yang setidaknya dua kali lipat lebih besar daripada pelepasan energi senjata fusi paling efisien (100) . % vs 0,4-1%). Penghancuran memerlukan dan mengubah massa antimateri dan materi yang sama persis melalui tumbukan yang melepaskan seluruh energi massa keduanya, yang untuk 1 gram adalah ~9×10 ¹³ joule. Menggunakan konvensi bahwa setara 1 kiloton TNT = 4,184×10 ¹²joule (atau energi satu triliun kalori), satu setengah gram antimateri bereaksi dengan setengah gram materi biasa (total satu gram) menghasilkan energi setara 21,5 kiloton (sama dengan bom atom yang dijatuhkan di Nagasaki pada tahun 1945 ).

“Teori relativitas umum Einstein mengatakan antimateri harus berperilaku persis sama dengan materi,” kata fisikawan plasma Universitas California, Berkeley dan anggota kolaborasi ALPHA Jonathan Wurtele. “Banyak pengukuran tidak langsung menunjukkan bahwa gravitasi berinteraksi dengan antimateri seperti yang diharapkan,” tambahnya, “tetapi hingga hasilnya hari ini, belum ada yang benar-benar melakukan pengamatan langsung yang dapat mengesampingkan, misalnya, antihidrogen bergerak ke atas dan bukan ke bawah dalam medan gravitasi. ”

Tubuh kita, Bumi, dan hampir semua hal lain yang diketahui para ilmuwan di alam semesta sebagian besar terbuat dari materi biasa yang terdiri dari proton, neutron, dan elektron, seperti atom oksigen, karbon, besi, dan unsur-unsur lain dalam tabel periodik.

Antimateri, di sisi lain, adalah kembaran materi biasa, meski dengan beberapa sifat berlawanan. Misalnya, antiproton bermuatan negatif sedangkan proton bermuatan positif. Antielektron (juga dikenal sebagai positron) bersifat positif sedangkan elektron bersifat negatif.

Namun, mungkin yang paling menantang bagi para peneliti adalah, “Saat antimateri menyentuh materi, ia akan meledak,” kata anggota kolaborasi ALPHA dan fisikawan plasma Universitas California, Berkeley, Joel Fajans.

Gabungan massa materi dan antimateri diubah seluruhnya menjadi energi dalam reaksi yang sangat dahsyat sehingga para ilmuwan menyebutnya sebagai pemusnahan.

“Untuk massa tertentu, pemusnahan seperti itu adalah bentuk pelepasan energi terpadat yang kita ketahui,” tambah Fajans.

Namun, jumlah antimateri yang digunakan dalam eksperimen ALPHA sangat kecil sehingga energi yang dihasilkan oleh pemusnahan antimateri/materi hanya dapat dilihat oleh detektor yang sensitif.

“Tetap saja, kita harus memanipulasi antimateri dengan sangat hati-hati atau kita akan kehilangannya,” kata Fajans.

Menjatuhkan ledakan antimateri
“Secara umum, kami membuat antimateri dan kami melakukan eksperimen semacam Menara Miring Pisa,” kata Wurtele, mengacu pada nenek moyang intelektual eksperimen mereka yang lebih sederhana, eksperimen Galileo pada abad ke-16 yang mungkin meragukan dan menunjukkan percepatan gravitasi identik dari dua benda yang dijatuhkan secara bersamaan. volumenya sama tetapi massanya berbeda. “Kami melepaskan antimaterinya, dan kami melihat apakah antimaterinya naik atau turun.”

Dikutip dari ScienceDaily, untuk percobaan ALPHA, antihidrogen dimasukkan ke dalam ruang vakum silinder tinggi dengan perangkap magnet variabel, yang disebut ALPHA-g. Para ilmuwan mengurangi kekuatan medan magnet atas dan bawah perangkap sampai atom antihidrogen dapat lepas dan pengaruh gravitasi yang relatif lemah menjadi jelas.

Ketika setiap atom antihidrogen lolos dari perangkap magnet, ia menyentuh dinding ruang di atas atau di bawah perangkap dan dimusnahkan, yang dapat dideteksi dan dihitung oleh para ilmuwan.

Para peneliti mengulangi percobaan tersebut lebih dari belasan kali, memvariasikan kekuatan medan magnet di bagian atas dan bawah perangkap untuk mengesampingkan kemungkinan kesalahan. Mereka mengamati bahwa ketika medan magnet yang melemah diseimbangkan secara tepat di bagian atas dan bawah, sekitar 80% atom antihidrogen musnah di bawah perangkap – hasil yang konsisten dengan perilaku awan hidrogen biasa dalam kondisi yang sama.

Jadi, gravitasi menyebabkan antihidrogen jatuh.

Misteri materi/antimateri
Meskipun terdapat sumber antimateri yang sederhana — seperti positron yang dihasilkan dari peluruhan kalium, bahkan di dalam pisang — para ilmuwan tidak melihat banyak antimateri di alam semesta. Namun, hukum fisika memperkirakan antimateri harus ada dalam jumlah yang kira-kira sama dengan materi biasa. Para ilmuwan menyebut teka-teki ini sebagai masalah bariogenesis.

Salah satu penjelasan potensial adalah bahwa antimateri ditolak secara gravitasi oleh materi biasa selama Big Bang, meskipun temuan baru menunjukkan bahwa teori tersebut tampaknya tidak lagi masuk akal.

“Kami mengesampingkan antimateri yang ditolak oleh gaya gravitasi dan bukannya tertarik,” kata Wurtele. Itu tidak berarti tidak ada perbedaan gaya gravitasi pada antimateri, tambahnya. Hanya pengukuran yang lebih tepat yang dapat membuktikannya.

Para peneliti kolaborasi ALPHA akan terus menyelidiki sifat antihidrogen. Selain menyempurnakan pengukuran efek gravitasi, mereka juga mempelajari bagaimana antihidrogen berinteraksi dengan radiasi elektromagnetik melalui spektroskopi.

“Jika antihidrogen berbeda dari hidrogen, itu akan menjadi hal yang revolusioner karena hukum fisika, baik dalam mekanika kuantum maupun gravitasi, menyatakan bahwa perilakunya harus sama,” kata Wurtele. “Namun, seseorang tidak akan mengetahuinya sampai dia melakukan eksperimennya.” (*/sciencedaily/GHP)