Selasa, 26 April 2011 - Para ilmuwan berharap studi tentang antimateri yang tercipta dalam akselerator partikel, yang mencoba meniru kondisi awal alam semesta ini, akan menawarkan petunjuk pada mengapa alam memungkinkan manusia untuk ada.
Para fisikawan di Rice University bersama kolaborator mereka telah mendeteksi antimateri dari inti helium, yaitu antihelium-4. Partikel yang baru terobservasi ini merupakan partikel antimateri terberat yang pernah terdeteksi.
Para ilmuwan di Lab Rice Bonner merancang dan membangun detektor time-of-flight baru yang mengidentifikasi antihelium-4. Detektor seharga 7,5 juta dolar ini dibangun atas kerjasama AS-China yang dipimpin oleh Rice, di mana para ilmuwan Cina pun memberikan kontribusi terhadap proyek bernilai 2,5 juta dolar tersebut. Detektor baru itu diinstal sebagai bagian dari percobaan STAR pada Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) di Brookhaven National Laboratory, New York. Para ilmuwan STAR mengumumkan temuan mereka ini dalam jurnal Nature.
Kira-kira sama jumlah materi dan antimateri yang tercipta dalam tabrakan inti emas energik pada STAR, namun karena bola api mengembang dan mendingin dengan cepat, antimateri dapat bertahan lebih lama dari yang tercipta di dalam big bang. Dalam tabrakan (latar belakang) inti helium-4 biasa ini cocok dengan (latar depan) inti antihelium-4. (Kredit: Kolaborasi STAR dan Lawrence Berkeley National Laboratory)
Antimateri adalah Yang terhadap materi Yin. Keduanya tercipta dalam jumlah yang kemungkinan sama pada saat Big Bang, namun karena materi dan antimateri memusnahkan satu sama lainnya saat kontak, sebagian besarnya menghilang hampir seketika.
Para ilmuwan berharap studi tentang antimateri yang tercipta dalam akselerator partikel, yang mencoba meniru kondisi awal alam semesta ini, akan menawarkan petunjuk pada mengapa alam memungkinkan manusia untuk ada.
Tahun lalu di Brookhaven, tak lama setelah detektor time-of-flight sepenuhnya terinstal, bukti dari 15 inti antihelium-4 (alias anti-alpha) ditemukan di antara triliunan partikel yang dilepaskan ketika ion emas berat bertabrakan pada hampir kecepatan cahaya. Inti-inti ini berisi dua antiproton dan dua antineutron dan tidak mengalami peluruhan radioaktif.
Tabrakan tersebut menghasilkan quark gluon plasma yang, ketika didinginkan, bertransisi menjadi gas hadron yang mengandung proton, neutron dan antimateri mereka setara di antara banyak partikel dasar lainnya. Awan partikel yang mengembang pesat inilah di mana tim riset menemukan antihelium-4.
Jalur inti antihelium-4, disorot dalam warna merah, muncul dalam berbagai trek yang dihasilkan oleh tabrakan emas di dalam detektor STAR di RHIC. Time Projection Chamber STAR mengukur momentum dan massa dari peristiwa tabrakan, yang diayak untuk memilih partikel dengan karakteristik tertentu. (Kredit: Kolaborasi STAR)
“Ini adalah gumpalan besar antimateri,” kata Frank Geurts, asisten profesor fisika dan astronomi Rice serta penulis utama makalah. “Fakta bahwa dua antineutron dan dua antiproton bertemu satu sama lain, menghasilkan anti-alpha, melakukan perjalanan dua hingga tiga meter ke udara dan memberi kami sinyal terukur ketika mereka melewati detektor time-of-flight, merupakan hal yang luar biasa.”
Yang sama mengejutkan adalah kemampuan detektor STAR dalam menangkap dan mengidentifikasi partikel antimateri berat di antara triliunan partikel yang tercipta pada tabrakan di Brookhaven setiap tahunnya. Ini akan menjadi jauh lebih mudah untuk menemukan pepatahan jarum dalam tumpukan jerami, tapi detektor time-of-flight baru ini, yang dirancang dan dibangun para ilmuwan Rice selama satu dekade, menaikkan tugasnya. Jabus Roberts, seorang profesor fisika dan astronomi Rice, dan ilmuwan penelitian Geary Eppley, keduanya adalah rekan-penulis di atas makalah baru, memulai penelitian yang mengarah pada detektor lebih dari 10 tahun yang lalu. Eppley dan William Llope, dosen senior dalam fisika dan astronomi yang juga rekan-penulis, mengelola pembangunan dan pemasangan alat tersebut.
Detektor ini terdiri dari 23.000 sensor yang mengelilingi STAR (Solenoidal Tracker at RHIC). Sensor ini mengidentifikasi jenis-jenis partikel subatom yang dilepaskan ketika inti berat saling bertabrakan. Detektor memberitahu para peneliti berapa lama waktu yang dibutuhkan partikel untuk melakukan perjalanan dari penciptaannya ke titik ia melewati salah satu sensor, dan akurasinya mencapai hingga 10 miliar per detik.
Rice memainkan peran dalam penemuan peristiwa di balik penciptaan ini. Seorang mahasiswa pascasarjana Rice menemukan bukti pertama bahwa antihelium-4 tercipta pada tumbukan di RHIC. Jianhang Zhou, saat ini bekerja di industri swasta di Houston, “mendedikasikan bab dalam tesisnya dengan fakta bahwa ia telah menemukan dua kandidat (untuk antihelium-4),” kata Geurts. “Pada saat itu, kami memerlukan lebih banyak lagi statistik dan sebuah detektor time-of-flight untuk memastikan temuannya tersebut.” Bahkan, makalah Nature menghitung adanya dua partikel Zhou di antara total 18 yang dilaporkan, meskipun mereka telah teridentifikasi di STAR sebelum detektor time-of-flight terinstal.
“Anda bisa membantah bahwa itu bukan partikel yang diharapkan, namun implikasi untuk penemuannya dan jumlah yang kami temukan sesuai dengan apa yang kami harapkan,” kata Geurts. “Kami saat ini bisa melihat perpanjangan dari sistem periodik unsur ke dalam wilayah antimateri dan materi yang asing.”
Puncak observasi baru sebelumnya menemukan sebuah inti antihidrogen yang mengandung tiga partikel, termasuk anti-quark, oleh tim yang sama tahun lalu. Rekor baru itu mungkin akan tetap berdiri untuk waktu yang lama, kata Geurts.
Dia menyarankan, meskipun partikel antimateri yang lebih berat kelak ditemukan – tapi mungkin tidak di planet ini. Sebuah pernyataan dari Brookhaven mencatat bahwa antilithium-6, inti antimateri berat yang tidak mengalami peluruhan radioaktif, diperkirakan menjadi satu juta kali lebih jarang, dan penemuannya adalah di luar jangkauan teknologi saat ini.
Lebih banyak penemuan dasar dapat ditemukan di galaksi jauh di mana antimateri dari Big Bang masih mungkin terdeteksi. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), yang akan dipasang pada International Space Station, akan mengukur sinar kosmik untuk bukti materi gelap dan antimateri. Ruang angkasa ulang-alik Endeavour akan membawa instrumen untuk ISS jika memang diluncurkan pada tanggal 29 April seperti yang direncanakan.
AMS juga akan mencari antihelium-4 itu. Jika ditemukan, bisa menjadi bukti adanya kawasan alam semesta yang lebih besar yang keseluruhannya terbuat dari antimateri. Pengukuran STAR akan membantu para ilmuwan memahami kondisi di alam semesta sangat awal yang memungkinkan galaksi antimateri tersebut terbentuk.
Penemuan anti-alpha hadir pada seratus tahun pemodelan pertama Ernest Rutherford pada atom yang menggunakan partikel alpha.
Jurnal: H. Agakishiev dan lain-lain. Observation of the antimatter helium-4 nucleus. Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10079
Tidak ada komentar:
Posting Komentar