Partikel Higgs: Asal Muasal “Massa” menurut Kacamata Fisika

Mengapa Ada Partikel yang Memiliki Massa (misal : Elektron) dan Mengapa Ada yang Tidak (misal : Foton)?

Partikel pemberi massa = Partikel Higgs = Partikel Tuhan

Menurut Ilmu Fisika, partikel Higgs lah yang menyebabkan adanya efek massa. Partikel Higgs diambil dari nama orang yang pertama kali merumuskannya, Peter W. Higgs.

Secara sederhananya, Partikel Higgs terdapat didalam benda yang bermassa (lebih tepatnya adalah partikel Higgs berinteraksi dengan sesuatu sehingga sesuatu itu memiliki massa, seperti yang kamu akan ketahui setelah membaca artikel ini).  Sebelum kita membahas lebih jauh tentang partikel Higgs, pemahaman kita akan sangat terbantu dengan mengetahui medan Higgs. Apa itu medan Higgs?

(Jurnal dapat didownload di Lampiran dibagian bawah artikel ini)

Ketika persamaan-persaman tersebut dicoba untuk divisualisasikan, Scientist membuat suatu perumpamaan. Pada artikel ini akan divisualisasikan dengan cara yang paling sederhana dalam memahami partikel Higgs, yakni dengan perumpamaan lapangan salju.

• Seorang pemain ski akan meluncur di atas lapangan salju dengan lancar, dengan sedikit hambatan, dan dapat meluncur dengan mudahnya berlenggak lenggok diatas lapangan salju.

Wanita dengan Sepatu Salju

• Seorang wanita melangkahkan kakinya dengan sepatu salju, langkah kakinya menjadi melambat akibat salju.

Laki-laki dengan sepatu boot

• Seorang laki-laki dengan sepatu yang sangat berat (sepatu boot), akan berjalan dengan susah payah, setiap langkah demi langkahnya sangatlah lambat.
• Burung dapat terbang diatasnya tanpa menyentuh lapangan salju sama sekali dan kecepatan terbangnya tidak dipengaruhi sedikitpun oleh lapangan salju.

Medan Higgs = Lapangan salju

Lapangan salju terdiri dari jumlah kristal salju yang jumlahnya tak terhitung, medan Higgs juga terdiri dari partikel Higgs yang tidak terhitung jumlahnya. Partikel yang berinteraksi dengan medan higgs akan memiliki massa.

• Seperti seorang pemain ski dalam ilustrasi sebelumnya, pemain ski memiliki papan ski yang menyebabkan interaksi gaya gesek menjadi sangat kecil, antara lapangan salju dan kaki pemain ski. Melalui ilustrasi tersebut, partikel electron berinteraksi dengan sangat lemah dengan medan Higgs, sehingga electron memiliki massa yang sangat kecil (9,109 × 10⁻³¹ kilogram). Dengan berat tubuh sebesar 60 kg, berat electron keseluruhan dalam tubuh kita hanyalah 21 gram.
• Seperti wanita yang memakai sepatu salju, gaya geseknya menjadi lebih besar dibandingkan memakai papan ski. Partikel quark yang membentuk proton dan neutron berinteraksi lebih kuat dengan medan Higgs, sehingga proton dan neutron memiliki massa yang lebih besar dibandingkan electron (1.6749 × 10⁻²⁷ kg)
• Seperti seseorang laki-laki yang memakai sepatu berat (sepatu boots), maka ia akan berjalan terseok-seok dan sangat bersusah payah dalam melangkah. Partikel W dan Z memiliki massa ribuan kali lebih besar dibandingkan proton atau neutron.
• Seperti burung yang tidak menyentuk lapangan salju sama sekali, foton dan Gluon tidak berinteraksi sama sekali dengan medan Higgs, , sehingga foton dan gluon tidak memiliki massa.

50 tahun yang lalu, ahli fisika tidak habis pikir mengapa ada partikel yang memiliki massa dan partikel lainnya tidak. Sehingga seorang fisikawan Inggris bernama Peter W. Higgs merumuskan teori Higgs yang diterbitkan pada 1964 (jurnal terlampir). Fisikawan dan scientist telah mencari bukti konkrit adanya partikel tersebut sejak partikel tersebut pertama kali dirumuskan. Pencarian partikel higgs ibarat kita ingin mencari kristal salju (partikel penyusun salju yang terkecil yang berbentuk sangat indah), namun kita tidak pernah melihat kristal salju sebelumnya. Sekarang silahkan buktikanlah keberadaannya dengan meilihat tumpukan salju yang ada dilapangan salju. Tentu kita tidak akan pernah bisa melihat suatu kristal salju, jika kita tidak memisahkan salju yang menumpuk di lapangan salju tersebut.

Identik dengan partikel Higgs, sama kita juga tidak akan pernah melihat Higgs boson, dan tidak ada sensor yang dapat mengambil satu bagian terkecil dari medan higgs. Selama 50 tahun, ahli fisikawan telah membangun akselerator yang sangat besar  dengan biaya yang sangat luar biasa besar, jutaan triliun rupiah. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui penyusun suatu partikel yang pecah menjadi kepingan-kepingan partikel yang lebih kecil.

Akselerator terbesar di Dunia, bandingkan besarnya orang dan akselerator di sekitarnya

Salah satu akselerator terbesar di Dunia berada di laboratorium CERN, yakni Large Hadron Collider. Pada akselerator tersebut, proton dilesatkan pada suatu jalur dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya (pada jalur yang panjangnya sekitar 27 km dan berbentuk lingkaran, harus dipercepat dengan mengelilingi lingkaran tersebut berkali-kali agar kecepatannya mendekati kecepatan cahaya), untuk mengetahui lebih lanjut silahkan baca Buku Panduan Large Hadron Collider di lampiran di bawah artikel ini. Proton tersebut lalu dibuat untuk saling bertabrakan dalam ledakan yang hebat. Ketika bertabrakan, proton-proton tersebut meniadakan satu sama lain, membebaskan ledakan energi. Tetapi Einstein telah menjelaskan kepada kita bahwa massa adalah energy, E = mc2 dan Fisika memberi tahu kita bahwa energi tidak dapat dimusnahkan (hukum kekekalan energi). Ketika tercipta ledakan, maka tercipta pula pecahan-pecahan proton yang menjadi partikel baru. Terdapat detektor disekelilingnya dan dapat mendeteksi pecahan-pecahan partikel proton yang merupakan partikel baru tersebut. Diharapkan pecahan-pecahan partikel tersebut ada yang merupakan pecahan yang membentuk partikel Higgs. Sehingga proses tersebut diulangi hingga jutaan kali, bahkan puluhan juta kali, semuanya dilakukan sebelum 1 detik berlalu (baca Buku Panduan Large Hadron Collider dibagian lampiran). Dan tumbukan-tumbukan tersebut terus dilanjukan karena kita mencari sesuatu yang sangat-sangat jarang. Sekali setiap semilyar kejadian (tumbukan), sebuah partikel higgs muncul dan teramati. Peristiwanya tidak dapat dilihat secara langsung, karena harus dianalisa terlebih dahulu, menganalisa triliunan data! Sehingga tidak heran, dibutuhkan 4 tahun untuk dapat mengetahui munculnya partikel Higgs tersebut (dari September 2008 hingga Juli 2012).

Tantangan berikutnya muncul, partikel Higgs sangatlah tidak stabil, dan mudah memisah berubah menjadi partikel lainnya. Setelah jutaan triliyun tumbukan, partikel Higgs akan berakumulasi secara statistik untuk membentuk grafik distribusi (menyerupai suatu benjolan). Dengan data yang semakin banyak, benjolannya tumbuh melewati batas ketidakpastian statistic. Sebuah penemuan telah tercipta. Bentuk konkrit dari teori yang dirumuskan sejak 31 Agustus 1964, dan baru terbukti pada 4 Juli 2012, 48 tahun lamanya ! Share jika artikel ilmiah ini bermanfaat 🙂

Referensi

• Large Hadron Collider Guide
• Higgs Paper