Secara Teori Ternyata Energi Fusi Level Quark 8x Lebih Besar dibandingkan Fusi Hidrogen

Salah satu energi bersih tanpa emisi karbon yang dihasilkan dari proses reaksi nuklir berasal dari proses fusi nuklir. Dalam fisika nuklir, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah reaksi dimana dua inti atom bergabung membentuk satu atau lebih inti atom yang lebih besar dan partikel subatom (neutron atau proton). Perbedaan antara massa reaktan dan produk dimanifestasikan sebagai pelepasan energi dalam jumlah besar. Perbedaan dalam massa ini muncul akibat perbedaan dalam energi ikatan inti atom antara sebelum dan setelah reaksi^[1].

Pada proses reaksi fusi nuklir terjadi penggabungan inti ringan (Hidrogen dan Litium) dengan meniru pada proses reaksi fusi pada inti matahari. Pada matahari terjadi proses fusi menjadi inti yang lebih berat serta melepaskan sejumlah energi yang besar^[2].

Baca juga artikel yang berjudul Proyek ITER untuk Riset Reaktor Fusi Nuklir telah Mencapai Setengah Jalan.

Menurut makalah yang ditulis oleh Marek Karliner (Universitas Tel Aviv, Israel) & Jonathan L. Rosner (Universitas Chicago, Amerika Serikat) reaksi fusi nuklir tidak hanya terjadi pada inti ringan (Hidrogen dan Litium) saja, tetapi terjadi juga pada partikel subatom (level analog quark)^[3]. Quark sebagaimana dijelaskan dalam model standar pada fisika partikel, gabungan antar Quark membentuk partikel komposit bernama Hadron. Partikel Hadron yang paling stabil berupa Proton dan Neutron yang merupakan komponen pembentuk inti atom^[4]. Jangan bingung sama istilah-istilah dalam pengertian quark tersebut, ya! Intinya mereka adalah komposisi dari proton dan neutron yang merupakan penyusun dari sebuah atom.

Dalam makalah mereka yang berjudul “Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly heavy baryons“, dijelaskan bahwa reaksi fusi pada level quark melepaskan energi yang lebih besar dari fusi hidrogen pada umumnya. Pada teori mereka tersebut menggambarkan teori-teori tentang jumlah energi yang terlibat ketika berbagai jenis quark yang menyatu secara bersama-sama. Energi yang dihasilkan dari hasil reaksi fusi hidrogen tertera pada gambar 2 di bawah ini.

Dalam mempelajari lebih lanjut tentang partikel-partikel subatom, para peneliti di Large Hadron Collider (LHC di CERN) mempercepat atom bergerak pada kecepatan tinggi (hampir mendekati kecepatan cahaya) dan kemudian menumbuknya dengan satu sama lain. Proses pada LHC tersebut memaksa bagian-bagian dari penyusun atom dapat memisahkan diri dari satu sama lain yang kemudian dari hasil tumbukkan tersebut memungkinkan untuk dipelajari. Komponen-komponen dari hasil tumbukan tadilah para ilmuwan dapat menemukan partikel yang disebut quark. Pada penelitian-penelitian sebelumnya juga telah memperlihatkan bahwa ketika atom di LHC saling menghancurkan satu sama lain akibat tumbukan, kadang-kadang dari potongan-potongan yang datang secara terpisah lalu bertumbukkan dengan bagian lain yang kemudian menggabungkan mereka menjadi partikel yang disebut baryon.

Pada penelitian sebelumnya menyarankan bahwa energi yang terlibat ketika quark berfusi secara bersama-sama. Dalam mempelajari sifat-sifat dari satu proses fusi tersebut, yang berupa baryon terpesona ganda (doubly-charmed baryon), para peneliti menemukan bahwa membutuhkan energi sebesar 130 MeV untuk memaksa quark berubah menjadi seperti susunan tertentu. Bersamaan dengan itu ditemukan bahwa reaksi fusi pada quark yang sejenis menghasilkan energi sebesar 12 MeV dan bahkan lebih besar dari itu.

Kemudian fokus pada quark bawah (bottom quarks), yang jauh lebih berat dengan perhitungan teori menunjukkan bahwa membutuhkan energi sebesar 230 MeV untuk berfusi pada quark tersebut, tetapi pada proses itu diproleh energi bersih sekitar 138 MeV. Dari hasil fusi level quark tersebut kemudian dihitung oleh tim peneliti dan diproleh hasil sekitar delapan kali lebih besar dari pada energi yang dilepaskan pada fusi hidrogen.

Sebetulnya penelitian ini awalnya tidak ingin mereka terbitkan, karena timbul rasa khawatir jika digunakan untuk pembuatan bom fusi nuklir^[6]. Diketahui uji coba peledakan bom nuklir terkuat adalah pada bom termonuklir bernama “Tsar Bomba” dengan daya ledak setara dengan 50.000 kiloton TNT yang dilakukan oleh Uni Sovyet pada 31 Oktober 1961^[7]. Tapi perhitungan selanjutnya menunjukkan bahwa tidak mungkin untuk membuat reaksi berantai seperti pada reaksi fusi bom nuklir dengan quark, karena mereka berumur terlalu pendek yaitu sekitar satu picosecond, dan tidak cukup lama untuk mereaksikan baryon lainnya. Baryon tersebut akan meluruh menjadi jauh lebih kecil, quark dengan massa yang ringan tidak berbahaya. Penelitian tersebut masih murni teoritis dan belum dicoba pada quark bawah (bottom quark), sehingga orang lain dapat melakukannya pada penelitian yang lainnya di LHC^[6]. Baca juga artikel yang berjudul Dua Skenario Menghancurkan Bom Nuklir dengan Sinar Neutrino Berenergi Tinggi dan Proton.

Note: Pada makalah yang mereka terbitkan pada 2 November 2017 dengan kode terbit di jurnal nature doi:10.1038/nature24289 terjadi salah tulis (typo) pada persamaan reaksi fusi hidrogen yang di gambar 2 pada baris ke 5 seperti pada gambar 3. Kemudian paper tersebut mengalami proses CORRECTION S & AMENDMENTS guna membetulkan kesalahan tulis dengan kode terbit di nature doi:10.1038/nature25141 dengan judul “Erratum: Quark-level analogue ofnuclear fusion with doubly heavybaryons”. Persamaan reaksi fusi yang betul di tunjukkan pada gambar 2.

Referensi:

1. Wikipedia Indonesia, Fusi nuklir (https://id.wikipedia.org/wiki/Fusi_nuklir) diakses pada tanggal 1 Januari 2018
2. Dadang, Wayan. 2017. “Reaktor Fusi Nuklir Siap untuk Menjawab Tantangan Kebutuhan Energi di Masa Depan dengan Emisi Karbon yang Bersih“. Ikatan Ilmuan Indonesia Internasional, 14 Juni 2017 (http://i-4.or.id/id/2017/06/14/reaktor-fusi-nuklir-siap-untuk-menjawab-tantangan-kebutuhan-energi-di-masa-depan-dengan-emisi-karbon-yang-bersih/) diakses pada tanggal 1 Januari 2018
3. Karliner, Marek & Jonathan L. Rosner. 2017. “Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly heavy baryons“. Nature Vol 551, 2 Novemver 2017
4. Wikipedia Indonesia, Kuark (https://id.wikipedia.org/wiki/Kuark) diakses pada tanggal 1 Januari 2018
5. Karliner, Marek & Jonathan L. Rosner. 2017. 2017. “Erratum: Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly heavy baryons”. Nature Vol 000, 00 Bulan 2017 (CORRECTION S & AMENDMENTS)
6. Yirka, Bob. 2017. “Theoretical quark fusion found to be more powerful than hydrogen fusion“. Phys Org, 6 November 2017 (https://phys.org/news/2017-11-theoretical-quark-fusion-powerful-hydrogen.html)diakses pada tanggal 1 Januari 2018
7. Wikipedia Indonesia, Daya ledak senjata nuklir (https://id.wikipedia.org/wiki/Daya_ledak_senjata_nuklir) diakses pada tanggal 2 Januari 2017