Large Hadron Collide, Laboratorium Akselarator partikel yang akan Menjawab Misteri Asal-Usul Alam Semesta


Ilustrasi Akselerator Partikel yang berada di CERN

Belum lama ini, para fisikawan, astronom, dan kosmolog banyak membicarakan tentang suatu percobaan untuk menyimulasi kondisi alam semesta pada saat baru dilahirkan, yaitu beberapa saat setelah dentuman besar atau big bang. Bagaimana kondisi alam semesta di awal kelahirannya?

Percobaan itu akan dilakukan di sebuah laboratorium akselerator partikel terbesar di dunia milik CERN (Pusat Riset Nuklir Eropa) bernama Large Hadron Collider yang berada di perbatasan Swiss-Prancis. Di dalam akselerator ini partikel, misalnya proton, ditembakkan dan gerakannya dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya. Kondisi kecepatan setinggi itu berkorelasi dengan temperatur yang sangat tinggi yang diperkirakan mirip dengan keadaan alam semesta pada saat baru lahir.

“Large Hadron Collider” (LHC) adalah cincin Akselerator Partikel dan atom-Smasher raksasa yg dibuat oleh Badan Riset Nuklir Eropa (CERN) dengan panjang keliling 27 km yg terletak pd kedalaman 175 meter dibawah tanah. Dibangun diantara perbatasan Perancis dan Swiss, cincin itu sendiri terdiri dari 9300 kumparan magnet superkonduktif dengan berat berton-ton yg dirangkai seperti sosis dan kemudian didinginkan dengan sekitar 96 ton helium cair.

Sampai saat ini Proyek LHC melibatkan sekitar 7000 org Ahli Fisika Partikel (hampir separo dari semua ahli fisika partikel di seluruh dunia) dari 80 negara dan telah menghabiskan biaya sekitar USD 5,8 miliar (sekitar Rp 53,3 triliun).

Cara Kerja LHC

LHC terdiri dari dua buah pipa cahaya yg berdekatan dimana masing-masing pipa berisi sekelompok proton yg “berlari” mengilingi cincin utama ( 27 km ) secara berlawanan arah. Setiap kelompok proton tersebut didorong” oleh mesin LHC sehingga bisa mengandung energi sebesar 7 Trilyun Volt (7 TeV). Pada 4 titik tertentu 2 pipa tersebut akan bersilangan satu sama lain sehingga 2 kelompok proton tadi akan saling bertabrakan dg total energi sebesar 14 TeV dan menghasilkan 600 juta partikel per detik.

Pada titik-titik tabrakan tersebut dipasang detektor-detektor raksasa yg akan mencatat semua serpihan partikel super kecil yg dihasilkan pada setiap tabrakan. Saking besarnya salah satu dari detektor tersebut konstruksi bisa dipakai untuk membangun satu Menara Eiffel baru.

Teori Big Bang

Klik gambar untuk mendapatkan gambar yang lebih besar

Bagiamana para fisikawan atau kosmolog dapat menduga  bahwa alam semesta bermula dari sebuah Big Bang (dentuman besar)? Dugaan ini bermula dari hasil pengamatan Hubble tentang alam semesta yang mengembang (expanding  universe). Maka muncullah sebuah teori yang menyatakan  bahwa alam semesta lahir dari sebuah dentuman besar yang terjadi sekitar 10 hingga 15 miliar tahun yang lalu. Dengan pertolongan kemajuan mesin pemercepat partikel tersebut, para kosmolog berhasil mengintip pintu-pintu lorong waktu masa lalu. Pada saat ini perbatasan pengetahuan manusia berkisar pintu kelima.

Setiap ruang dalam lorong itu mengisahkan sebuah tahap evolusi  alam semesta, yang ditandai sifat-sifat khusus materi serta  interaksinya. Kita sendiri sekarang berada dalam posisi ruang yang dingin, renggang dan materi berbentuk atom. Kalau ruangan ini kita telusuri ke arah masa lalu, maka suhunya pun akan terasa semakin tinggi. Kemudian tibalah pada pintu pertama yang bertanda 500.000 tahun sesudah terjadinya dentuman besar.

Di dalamnya terdapat ruang kemilau dengan suhu  3000 derajat Kelvin. Tumbukan antarpartikel begitu hebat sehingga atom atom pun tak pernah terbentuk. Semua materi akan berbentuk inti bebas, elektron bebas dalam wujud fisik yang disebut plasma. Dengan cara yang sama akan sampai pada pintu lorong kedua yang berhasil dibuka oleh para kosmolog pada tahun 1930-an. Pintu lorong waktu ini bertandakan  3 menit setelah dentuman besar.

Di dalam ruangan ini, tumbukan partikel terlalu energik sehingga inti atom pun juga tidak bisa terbentuk. Yang ada hanya partikel-partikel berenergi sangat tinggi. Di ujung ruang nuklir  terpampang pintu 100 mikro-detik. Di belakang pintu, partikel pun juga sudah tidak mungkin terbentuk. Semua materi ada dalam bentuk elementer yang disebut quark. Quark adalah partikel dasar yang akan membentuk inti atom. Waktu hidup dari quark ini sekitar 1,5 trilyun dari satu detik.

Pintu berikutnya adalah pintu keempat bertuliskan seperseratus triliun detik. Sebuah pintu yang membatasi ruang yang memamerkan  sifat-sifat fisika yang tidak pernah dikenal sebelumnya. Menurut teori kosmologi, alam semesta ini diatur dan dikendalikan oleh 4 gaya nuklir dasar, yaitu gaya lemah, gaya nuklir kuat, gaya elektromagnetik, dan gaya gravitasi.

Gaya gravitasi  merupakan gaya  terlemah, namun paling dominan, karena gaya ini mempunyai pengaruh yang besar terhadap materi dan energi. Sedangkan gaya  elektromagnetik mempunyai tanggung jawab untuk mengikat dan mengendalikan atom-atom, molekul-molekul, sel-sel hidup hingga kegiatan harian manusia.

Sementara itu dunia sub-atom diatur oleh gaya lemah yang bertanggung jawab terhadap peluruhan zat radioaktif. Gaya kuat mempunyai tanggungjawab untuk mengikat inti atom (yang menyatukan quark menjadi inti atom). Tapi dalam ruang kelima itu energi terlalu tinggi sehingga terwujudlah identitas dasar gaya nuklir lemah dan gaya elektromagnetik dan jumlah total gaya yang mengatur interaksi materi berkurang menjadi tiga saja. Kedua gaya tadi bergabung pada suhu seribu trilyun Kelvin, semua dengan energi seratus miliar elektron-volt. Pada saat inilah terlihat gaya elektro lemah diangkut oleh partikel (boson) W dan boson-Z.

Boson W dan Z merupakan hasil dari benturan energi tinggi antara proton dan antiproton. Sebelumnya para fisikawan  hanya mengenal foton sebagai pengangkut gaya dan cahaya. Pintu keempat baru berhasil dibuka pada tahun 1983 yang lalu. ‘’Kuncinya’’ ditemukan  di akselerator partikel  di CERN. Pintu terakhir yang diharapkan dapat segera dibuka adalah pintu lorong kelima. Para fisikawan dan kosmolog sebenarnya mempunyai gagasan yang spektakuler tentang sifat alam dalam ruang di belakang pintu tersebut tapi mereka belum berhasil membuktikannya.

Gaya Manunggal

Meskipun demikian para fisikawan sudah sepakat, dalam umur yang begitu singkat, alam semesta mempunyai energi luar biasa tinggi. Setara dengan suhu puluhan ribu triliun Kelvin. Pengendali alam semesta pun sudah berkurang menjadi 2 gaya saja. Karena gaya nuklir kuat kini sudah bergabung dengan gaya lemah menjadi gaya manunggal.

Sifat pemekaran alam semesta juga berbeda seluruhnya dengan apa yang diamati oleh para fisikawan melalui teleskup. Di usia 10-35 detik itu, kecepatan pengembangan alam semesta  tiba-tiba bertambah dahsyat hingga seluruh ruang mengalami inflasi hebat. Dari sebesar proton, ruang memuai sampai sebesar kelereng dalam waktu yang supersingkat. Teori cosmic inflation ini diajukan oleh fisikawan dari Institut teknologi Massachusetts (MIT) pada 1980-an.

Pengaruh teori Guth tersebut cukup besar karena ada masa ketika kecepatan pemuaian ruang berubah. Dengan demikian para fisikawan pun berpikir kembali bahwa mereka tidak bisa menarik garis menuju masa lalu dengan begitu saja.  Selama ini para fisikawan mencoba memahami masa muda alam semesta dengan mengembalikan seluruh gerak pengembangan ke masa lalu, hingga sampai pada titik singularitas tadi. Guth memberi kemungkinan singularitas tersebut tidak pernah ada. Jawaban terhadap kemungkinan itu tersembunyi dalam ruang berikutnya, di belakang pintu tertutup bertitelkan Era Planck.

Dalam masa itu,  sepersepuluh trilyun-trilyun-trilyun detik setelah peristiwa dentuman besar, kita tidak dapat lagi membedakan gravitasi, gaya terakhir yang sejak tadi enggan bergabung dengan gaya manunggal. Maka dikenallah sebutan  gaya paduan agung (grand unified force). Sayangnya para fisikawan belum menemukan kunci masuk ke ruang misterius Planck. Tentu sulit menggabungkan gravitasi dengan gaya pengendali dunia mikro-kosmis (partikel).

Kue Donat

Dengan demikian untuk memperoleh gambaran pengembangan alam semesta, fisikawan James Trefil mengajak menunggu adonan kue donat yang mengembang. Karena adonan kue donat memakai ragi, reaksi kimia akan menghasilkan karbondioksida yang membuat adonan memuai menjadi beberapa kali lebih besar dari ukuran semula.

Kalau seseorang masuk kedalamnya ketika adonan sedang memuai, maka ia dapat mengukur kecepatan pemuaian dan menelusuri ulang ukuran dan bentuk adonan mula-mula. Ia menemukan bahwa awal ketika donat masih sangat padat, tapi tidak dari sebuah titik. Ia juga percaya donat tidak bermula dari sebuah titik singular, karena ia sudah sering sekali melihat orang membuat kue donat. Kemudian timbul pertanyaan, mungkinkan sebelum era Planck tidak pernah ada titik singularitas? Apabila jawabnya tidak pernah ada, apa maksudnya model dentuman besar ?

Istilah model dentuman besar (big bang) memang digunakan untuk menjelaskan dua fenomena yang sama sekali berbeda. Menurut Friedmann, big bang digunakan untuk menggambarkan peristiwa eksplosif pembentukan alam semesta dari sebuah titik singularitas. Tapi, bisa juga menggambarkan seluruh skenario pemekaran dan evolusi seperti yang telah diuraikan di atas. Big bang sendiri tidak dipertentangkan oleh para kosmolog. Namun yang menjadi persoalan para fisikawan kini, yaitu apakah pemekaran itu benar berawal dari sebuah titik mampat tak berhingga, yang tidak terdefinisikan oleh matematika kita selama ini.

Sedikitnya ada tiga pandangan yang telah dikembangkan oleh para kosmolog yaitu  geometri, dimensi jamak dan dinamika. Skenario geometrik disenangi oleh fisikawan. Kosmolog yang berupaya mengungkapkan era Planck memakai bantuan teori relativitas umum Einstein. Teori ini dengan indahnya mengisahkan bagaimana alam semesta mengembang keluar.

Large Hadron Collider dibangun untuk menjawab berbagai misteri terbesar dalam alam semesta

Bagaimana Alam Semesta Bisa Terbentuk Sampai Bisa Seperti Sekarang Ini ?

Memang para ahli sudah sepakat bahwa alam semesta terbentuk akibat peristiwa “Big Bang” tapi mereka belum benar-benar memahami bagaimana dan mengapa alam semesta bisa berkembang seperti sekarang ini. Dengan mesin LHC bisa diketahui apa yg terjadi  sepersejuta detik setelah big bang terjadi.

Para ahli berharap akan bisa melihat partikel paling eksotis yaitu “Partikel Higg Boson” atau populer disebut dengan “Partikel Tuhan”. Mereka sdh punya dugaan sendiri tapi para ahli juga berharap pada apa yg “tidak terduga”.

Macam Apa Alam Semesta Kita Ini ?

Banyak ahli fisika yg percaya bahwa alam semesta kita tidak hanya terdiri dari 3 dimensi (ruang dan waktu) seperti yg kita pahami saat ini. Bahkan ada yg menyatakan bahwa alam semesta sebenarnya terdapat 10 Dimensi.

Dimana anti-materi berada?

Big Bang menghasilkan “materi” (zat) dan anti-materi dengan jumlah yg sama, tetapi kita hanya bisa melihat “materi” saja. Apa yg terjadi dengan anti-materi ? Dengan percobaan LHC bisa dipelajari perbedaan yg hampir tidak terlihat antara partikel materi dan anti-materi tersebut.

Kenapa Partikel Memiliki Massa ?

Partikel cahaya atau Photon tidak memiliki massa. Sedangkan partikel zat lain seperti elektron dan quarks memiliki massa dan para ahli fisika tidak tahu pasti kenapa bisa begitu.

Terbuat Dari Apakah Alam Semesta Kita Ini ?

Para ahli hanya mengetahui 4% materi yang menyusun alam semesta kita sedangkan 96% masih merupakan misteri besar yg populer disebut “Dark Energy”.

Teori dari “Super Simetri” berpendapat bahwa semua partikel yg tercipta di alam semesta mempunyai ’super-partner” sendiri-sendiri. Kalau super-partner ini ada LHC akan mampu mendeteksinya dan mungkin bisa menjelaskan mistery terbesar alam semesta – Dark Matter dimana ada yg berpendapat kalau Dark Matter tersusun dari “Partikel Supersimetris “.

About Dedy Kurniawan Setyoko

saya adalah lulusan fisika universitas airlangga, karena saya adalah seorang fisikawan, tentunya saya sangat menyukai dunia fisika. Dalam blog ini saya akan mengutarakan semua ide-ide saya. View all posts by Dedy Kurniawan Setyoko

4 responses to “Large Hadron Collide, Laboratorium Akselarator partikel yang akan Menjawab Misteri Asal-Usul Alam Semesta

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: