Neutrino, Si Hantu Alam Semesta (Bagian 1)

Menyambung dari artikelku sebelumnya, tentang atom dan partikel, disini aku bakal bahas salah satu partikel yang kusebutkan sebelumnya di artikel sebelumnya, yaitu Neutrino. Kenapa neutrino sangat menarik untuk dibahas? Karena neutrino ini bisa dikatakan sebagai “hantu” karena hampir tidak bisa dideteksi dan hampir tidak berinteraksi dengan apapun, apalagi neutrino hampir tidak dapat dihentikan, untuk menghentikannya saja perlu timbal setebal jarak dari matahari ke bintang terdekat, alfa centauri. Sungguh lincah bukan? Bahkan ada jutaan neutrino sekarang yang sedang melewatimu. Ngga keliatan kan? Namanya juga makhluk gaib. Mari kita bahas.

baca juga: Benarkah Atom itu Partikel Paling Kecil?

Standart Model

Neutrino sendiri adalah bagian dari lepton, yang merupakan fermion, sehingga dia memiliki spin tengahan (-3/2,-1/2,1/2,3/2, dll). Namun sebelum membahas neutrinonya, kita perlu tau, bagaimana sih neutrino bisa dicetuskan. Jadi pada tahun 1930, pak Pauli mengamati proses radiaktif berupa peluruhan Beta. Dari hasil peluruhan berhasil memenuhi hukum kekekalan muatan, dimana muatan sebelum peluruhan dan setelah peluruhan adalah sama. Namun, hasil peluruhan ternyata tidak sesuai dengan hukum paling dasar dalam fisika, Hukum kekekalan energi. [1]

Gambar 1. Peluruhan Beta

Selama berkali-kali Pak Pauli mengamati peluruhan beta, hukum kekekalan energi selalu terlanggar. Namun, apakah mungkin hukum paling dasar yang telah menjelaskan semua permasalahan yang ada ini gagal? Tentu saja tidak, untuk mengatasinya, pak Pauli mengira-ngira “Pasti ada partikel lain yang belum kita deteksi yang membawa energi sisanya itu”. Namun partikel itu tidak mungkin bermuatan dan pastinya sangat kecil dan susah dideteksi, karena tidak dapat terbaca pada detektor yang ada saat itu. Pemasalahan lagi, ternyata peluruhan beta juga melanggar hukum kekekalan momentum sudut, dimana spin awal adalah neutron (tengahan) yang menjadi proton(tengahan) dan elektron(tengahan) yang totalnya adalah bulat, artinya neutrino itu pasti memiliki spin tengahan. [1]

Gambar 2. Skema Percobaan Reines-Cowan

Pada tahun 1956, Neutrino benar-benar terkonfirmasi oleh Pak Reines dan Pak Cowan menggunakan reaksi beta terbalik. Nah jadi, seperti sebelumnya, reaksi beta akan memancarkan neutrino (yang sebenarnya itu adalah antineutrino), nah ketika neutrino ini bertemu dengan proton, dia akan bereaksi dan proton dengan neutrino akan berubah menjadi neutron dan positron. Karena positron adalah antipartikel dari elektron, maka dengan cepat positron akan bertemu dengan elektron tadi dan akan saling melenyapkan memancarkan radiasi sinar gamma. Nah, sinar gamma ini akan terpancar separo-separo saling berlawanan dengan energi yang sama dengan massa elektron. Namun, Pak Reines dan pak Cowan tau kalo dengan mendeteksi sinar gamma ini gak akan membuktikan neutrino, lalu, dia memikirkan cara buat mendeteksi neutronnya. Maka, mereka membuat larudan kadmium klorida CdCl2 dalam air 200 liter. Kadmium adalah atom yang dapat menyerap neutron dengan mudah, nah Kadmium yang menangkap neutron ini menjadi tidak stabil dan akan meluruh menjadi sinar gamma. Dari sini terjadi jeda waktu antara sinar gamma yang dideteksi dari lenyapan elektron positron dengan sinar gamma peluruhan kadmium selama 0,000005 detik. Darisini dapat disimpulkan, bahwa jeda waktu ini karena memang ada reaksi dari neutrino tadi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa neutrino benar-benar ada. Dari hasil eksperimen hanya dapat ditemukan 3 neutrino per jam saja, padahal sumber neutrinonya memancarkan 10000000000000 neutrino per centimeter luas pemukaan yang dilewati perdetik. Dari sebanyak itu hanya 3 perjam yang bisa dideteksi. Sungguh benar-benar hantu bukan? Dari hasil ini pak Reines dan Pak Cowan dianugerahi nobel tahun 1995.[2]

Namun percobaan mencari neutrino ngga berakhir sampai situ saja. Jadi, pada tahun 1965-an, Pak Davis, mencoba untuk mendeteksi neutrino lagi. Namun, neutrino yang bakal dia deteksi tidak dengan cara yang sama dengan pak Reines dan Pak Cowan yang berasal dari reaktor nuklir buatan. Namun, neutrino yang ingin dideteksi oleh pak Davis ini berasal dari reaktor nuklir terbesar di tata surya kita, yaitu matahari. Jadi eksperimen pak Davis ini dilakukan di tambang emas Homestake, makanya percobaannya kadang dinamakan percobaan Homestake.[3]

Gambar 3. Laboratorium Homestake

Pak Davis ini mengubur 100.000 galon tetrakloroetilena, yang merupakan cairan pembersih biasa sedalam 1500 meter didalam permukaan tanah. Kenapa dia mengubur dalam-dalam cairan itu? Karena pak Davis nggak mau kalo hasil eksperimennya terganggu sama radiasi sinar kosmik. Nah, kenapa pak davis mengambil cairan pembersih itu sebagai bahan eksperimennya, karena cairan pembersih itu memiliki banyak klorida, yang mana, ketika klorida berinteraksi dengan neutrino elektron, neutrino yang sama dengan pak Reines dan Cowan, maka klorida ini akan berubah menjadi Argon dan elektron.[3[ Nah, namun, lagi-lagi neutrino membuat ulah. Hasil neutrino yang dideteksi sama pak Davis ini tidak sesuai dengan teori yang dihitung oleh temannya, pak Bahcall dan ketidaksesuaiannya itu selalu konsisten. Hasil eksperimennya selalu menunjukkan bahwa energi neutrino yang dipancarkan matahari selalu sepertiga dari teori pak Bahcall. Permasalahan ini cukup menyulitkan sehingga dikatakan sebagai permasalahan neutrino matahari. Sangat menyulitkan karena kedua-duanya, pak Davis dan pak Bahcall eksperimen dan teorinya setelah diteliti berkali-kali, diulangi berkali-kali tidak ada kesalahan. Lalu siapa yang salah?

Baca juga:
Gambar 4. Skema Percobaan Lederman-     Schwartz-Steinberger

Kemudian ada 3 fisikawan yang lagi-lagi mencoba untuk mencari tahu mengenai neutrino. Yaitu pak Lederman, Pak Swchwartz dan pak Steinberger.Mereka bereksperimen dengan partikel paling stabil dan paling mudah dimanipulasi, yaitu proton. Mereka menembakkan proton berenergi tinggi, yaitu dengan pemercepat ke sebuah target, berilium. Nah tumbukan proton cepat ini akan berubah menghasilkan sebuah meson, yaitu pi meson. (yang belum tau meson liat artikelku sebelumnya yaa). Nah, karena pi meson ini bermuatan, maka kita bisa memanipulasi arah gerak dari pi meson dengan menggunakan magnet. Nah, pi meson ini kita targetkan ke sebuah detektor, namun di depan detektor ditaruh baja yang cukup tebal. Karena pi meson ini tidak stabil, dalam perjalanannya, dia meluruh menjadi muon dan neutrino. Ketika melewati baja, muon tidaklah lincah, jadi dia terhenti di dalam baja, sedangkan si hantu, neutrino, dia dapat menembus baja dengan mudah, sehingga dia lewat dan terdeteksi di detektor. Cara cerdik 3 fisikawan untuk mendeteksi hantu ini dianugerahi nobel pada tahun 1988.[4]

Tapi ingat, ada perbedaan antara percobaan pak Cowan dan Reines dengn pak Lederman, Schwartz dan Steinberg. Perbedaannya adalah, pada percobaan pak Cowan dan Reines, neutrino yang dihasilkan muncul bersamaan dengan elektron, sedangkan percobaan pak Lederman, Schwarz dan Steinberger neutrinonya muncul bersamaan dengan muon, dan tidak ada elektron yang terlibat. Nah, Mereka bertiga menyimpulkan bahwa neutrino ini dia memiliki beberapa jenis. Untuk yang dari pak Cowan dan Reines disebut neutrino elektron, karena bersama dengan elektron. Sedangkan dari mereka bertiga disebut neutrino muon, karena bersama dengan muon. Namun, seperti yang ada di standard model, ada tiga lepton, yaitu elektron, muon, dan tau. Sehingga pasti ada neutrino tau. Pada tahun 1980-an di fermilab didapatkanlah si neutrino tau ini, sehingga lengkap sudah keluarga lepton yang sukar dicari itu.

Gambar 5. 3 Rasa Neutrino

Kembali ke permasalahan pak Davis. Error yang didapatkan pak Davis ini ternyata dapat dijelaskan dengan osilasi neutrino? Apa itu? Masalah ini kita bahas di artikel selanjutnya yaa.. Pak Koshiba lah yang menyatakan bahwa ketiga neutrino itu bisa berubah-ubah, sedangkan dari percobaan pak Davis hanya dapat mendeteksi satu saja, makanya hasilnya sepertiga. Dengan itu, pak Davis dan Pak Koshiba dianugerahi nobel 2002.

Nah, itu semua baru cara-cara buat mendeteksi neutrino aja. Saking hantunya neutrino, udah banyak fisikawan yang mendapatkan nobel dalam deteksi neutrino. Namun, apakah berhenti disitu kegilaan dari sifat “kehantuan” neutrino? Tentu saja tidak, masih banyak sifat hantu dari neutrino, yang bahkan sampai sekarang belum bisa dideteksi. Penasaran? Tunggu artikel selanjutnya yaa…

Referensi:

[1] Icecube. “All About Neutrinos What is this thing, anyways?”. https://icecube.wisc.edu/info/neutrinos
[2] Anderson, CE. “The Reines-Cowan Experiment : Detecting the Poltergetst”. 1997: The Los Alamos Science.
[3] Davis, R. “ A Review pf The Homestake Solar Neutrino Experiment: 1994: Progress in Particle Physics and Nuclear Physics, 32, 13-32 doi:10.1016/0146-6410(94)90004-3
[4] Anonim. “The Hunt of The Muon Neutrino.” 1998: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1988/9557-the-hunt-for-the-muon-neutrino/

Gutivan Alief Syahputra

Mahasiswa Fisika Teoritik at Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Gutivan Alief Syahputra

Latest posts by Gutivan Alief Syahputra (see all)

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *