Eksperimen XENON
Eksperimen dengan materi gelap di laboratorium bawah tanah di Italia mungkin telah menemukan partikel baru yang disebut sumbu matahari.
Jika temuan tersebut benar-benar terkonfirmasi, maka ini akan menjadi yang pertama
bukti langsung adanya partikel yang seharusnya tidak ada menurut hukum fisika yang diketahui sebelumnya.
Tahun depan, para ilmuwan ingin menggunakan eksperimen yang lebih besar dan lebih tepat untuk mengetahui apakah mereka benar-benar menemukan partikel baru.
Sebuah partikel baru yang berasal dari inti matahari mungkin baru saja ditemukan di tangki bawah tanah di Italia yang berisi xenon cair.
Jika terbukti benar, hal ini dapat membatalkan hukum fisika yang telah ada selama sekitar 50 tahun.
Para peneliti menciptakan wadah bawah tanah untuk mencari materi gelap, materi sulit dipahami yang membentuk 85 persen dari seluruh materi di alam semesta. Para ilmuwan mengetahui bahwa materi gelap pasti ada karena mereka dapat mengukur pengaruh gravitasinya terhadap galaksi-galaksi jauh—tetapi mereka belum pernah mengamatinya secara langsung.
Karena alasan ini, sebuah kelompok penelitian internasional melakukan percobaan di Laboratorium Nasional Gran Sasso Italia. Sebuah wadah besar diisi dengan 3,2 ton xenon cair, dan atom-atomnya berinteraksi dengan partikel-partikel kecil melalui tumbukan dengannya. Setiap interaksi – juga disebut “peristiwa” – menghasilkan kilatan cahaya dan mengeluarkan elektron.
Secara teori, eksperimen ini cukup sensitif untuk mendeteksi interaksi dengan partikel materi gelap.
Eksperimen XENON
Dalam percobaan versi terbaru, para peneliti sebenarnya mengharapkan mesin tersebut mendeteksi 232 peristiwa berdasarkan partikel yang diketahui dalam satu tahun. Namun, mereka malah mendeteksi 285 peristiwa – 53 lebih banyak dari perkiraan.
Selain itu, energi yang dilepaskan oleh peristiwa-peristiwa tambahan ini sesuai dengan nilai energi yang dihitung sebelumnya dari partikel yang sebagian besar masih belum dijelajahi yang disebut sumbu matahari: suatu jenis partikel yang diasumsikan oleh para fisikawan ada tetapi tidak pernah dibuktikan secara langsung.
Partikel yang dicurigai mungkin bisa menjelaskan hubungannya dengan XENON mengatakan kepada Business Insider. “Jika ternyata benar, maka ini akan menjadi sangat penting – ini akan menjadi penemuan yang layak mendapatkan Hadiah Nobel.”
Namun, ada kemungkinan juga bahwa interaksi tersebut merupakan anomali yang terjadi berulang kali dalam eksperimen fisika yang sangat sensitif seperti XENON.
Sebuah partikel baru terbentuk di jantung matahari
Fisikawan partikel mempelajari komponen terkecil dan paling mendasar di alam semesta: partikel elementer seperti quark dan gluon, serta gaya seperti gravitasi dan elektromagnetisme.
“Fisika partikel adalah bagian penting dari fisika modern, namun juga sudah lama terhenti,” jelas Carroll. “Penemuan terakhir yang benar-benar mengejutkan dalam fisika partikel terjadi pada tahun 1970an.”
Pada saat itu, apa yang disebut Model Standar diperkenalkan: sebuah sistem yang berisi semua aturan yang dikenal dalam fisika partikel, yang menggambarkan semua partikel yang telah ditemukan para ilmuwan sejauh ini – dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain.
“Hal ini memungkinkan kami untuk menjelaskan pada dasarnya setiap partikel yang kami lihat di laboratorium fisika partikel,” Aaron Manalaysay, fisikawan materi gelap di Lawrence Berkeley National Laboratory yang juga tidak terkait dengan XENON, mengatakan kepada Business Insider. “Ini mungkin model ilmiah paling akurat dalam sejarah. Namun kita juga punya alasan kuat untuk percaya bahwa ini bukanlah model alam yang paling mendasar yang pernah ada.”
Fisikawan mempunyai bukti bahwa model tersebut tidak sepenuhnya menangkap perilaku alam semesta kita – pengamatan tidak langsung mereka terhadap materi gelap memberikan alasan untuk mencurigai hal tersebut. Namun, mereka belum mendeteksi secara langsung partikel yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standar ini.
Oleh karena itu, akan menjadi penemuan besar jika XENON benar-benar menemukan aksi matahari. “Ini akan menjadi penemuan konkrit pertama mengenai sesuatu di luar Model Standar,” kata Manalaysay. “Ini semacam cawan suci fisika partikel saat ini.”
Carroll setuju – namun menambahkan bahwa kualitas luar biasa dari potensi penemuan ini adalah “salah satu alasan mengapa kami berpikir bahwa hal tersebut mungkin merupakan suatu kesalahan.” Dengan kata lain, sampai ada bukti kuat, tidak ada yang bisa membuat terobosan besar. Untuk saat ini, beberapa teori lain juga dapat menjelaskan penemuan peneliti XENON.
Perilaku buruk neutrino dapat memunculkan ‘fisika baru’
Kemungkinan penyebab lain dari 53 peristiwa XENON tambahan adalah karena neutrino – partikel subatom tanpa muatan listrik – yang mendorong interaksi tersebut.
Namun, hal ini juga bertentangan dengan hukum fisika yang diketahui, karena neutrino memiliki medan magnet yang jauh lebih besar daripada yang diasumsikan oleh Model Standar.
“Ini berpotensi mengindikasikan fisika baru di luar Model Standar,” kata Manalaysay.
Ini bukan pertama kalinya neutrino membatalkan aturan fisika. Menurut Model Standar, neutrino seharusnya tidak memiliki massa – namun tetap saja mereka memiliki massa.
Penemuan bahwa mereka mempunyai medan magnet yang signifikan akan menjadi petunjuk lain bahwa ada sesuatu yang salah dengan Model Standar. “Neutrino adalah makhluk aneh dan kami tidak begitu memahaminya,” lanjut Manalaysay.
Eksperimen materi gelap yang lebih besar dan sensitif sedang direncanakan
Eksperimen XENON
Ada kemungkinan juga bahwa peristiwa telur tambahan XENON tidak terjadi sama sekali – meskipun hal ini kecil kemungkinannya. Para peneliti menghitung kemungkinan dua dari 10.000 bahwa peristiwa yang diamati disebabkan oleh fluktuasi acak.
Namun, sinyal tersebut mungkin berasal dari interaksi partikel lain sehari-hari, sehingga penjelasannya kurang menarik dibandingkan dengan sumbu atau neutrino. Peristiwa tambahan mungkin berasal dari sejumlah kecil tridium, isotop radioaktif hidrogen, yang membusuk di dalam wadah. Isotop argon akan menghasilkan efek serupa, menurut Manalaysay.
“Tidak akan memakan banyak waktu. Anda hanya membutuhkan beberapa atom,” katanya, seraya menambahkan bahwa sejumlah hal lain yang tidak diketahui para peneliti juga dapat menyebabkan interaksi berlebih tersebut.
“Kami sudah pernah mengalami hal ini sebelumnya, di mana ada sedikit anomali yang tidak Anda duga…dan kemudian anomali itu hilang,” kata Carroll. “Jadi ini jelas merupakan tempat di mana eksperimen yang lebih baik perlu dilakukan, dan mereka berencana melakukan hal tersebut.”
Eksperimen mirip XENON generasi baru yang saat ini sedang berlangsung di Amerika Serikat dan Eropa bertujuan untuk membantu para peneliti memahami peristiwa tambahan ini dan menentukan partikel mana yang menyebabkannya. Karena eksperimen baru akan lebih ekstensif dan lebih sensitif.
“Jika memang demikian, kami akan memastikannya dalam eksperimen generasi berikutnya,” kata Manalaysay. Dia sudah pernah bekerja di perusahaan semacam itu; yang disebut “Eksperimen Materi Gelap Xenon Bawah Tanah Besar”. “Ini seperti memasuki ruangan yang lebih sunyi… Anda mulai mendengar hal-hal baru yang tidak dapat Anda dengar di ruangan yang lebih bising.”
Sementara XENON mencatat 53 peristiwa yang tidak dapat dijelaskan, penerus LUX – yang disebut LUX-ZEPLIN – mampu mendeteksi 800 peristiwa, menurut Manalaysay. Meskipun ada penundaan yang disebabkan oleh virus corona, tambahnya, eksperimen baru kemungkinan akan segera dimulai dan membuahkan hasil “dalam tahun depan.”
“Ini seperti teaser,” katanya. “Final musim berakhir dengan sebuah cliffhanger dan Anda harus menunggu hingga musim berikutnya.”
Teksnya muncul pertama kali Di Sini dan diterjemahkan dari bahasa Inggris.