Neutrino di Balik Layar Alam Semesta: China Bangun Detektor Luar Biasa

Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), atau Observatorium Neutrino Bawah Tanah Jiangmen memiliki misi besar untuk "mengendus" neutrino—partikel yang berasal dari berbagai sumber kosmik seperti Matahari, supernova, atau peluruhan radioaktif.

Di bawah perbukitan granit di China selatan, sebuah detektor raksasa hampir selesai dibangun. Fasilitas tersebut dirancang untuk mendeteksi partikel subatomik yang sangat sulit dipahami, sering disebut sebagai “partikel hantu,” karena keberadaannya yang sangat misterius dan sulit dideteksi secara langsung. Partikel ini dikenal sebagai neutrino, yang tersebar di seluruh alam semesta dan hampir tidak memiliki massa.

Fasilitas tersebut bernama Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), atau Observatorium Neutrino Bawah Tanah Jiangmen. Observatorium ini memiliki misi besar untuk “mengendus” neutrino—partikel yang berasal dari berbagai sumber kosmik seperti Matahari, supernova, atau peluruhan radioaktif—dan mengungkap sifat dasar mereka. Meskipun neutrino sangat kecil dan tidak bermuatan listrik, mereka memegang kunci untuk memahami banyak misteri fisika, termasuk asal usul alam semesta dan bagaimana materi terbentuk.

JUNO adalah salah satu dari tiga detektor neutrino besar yang sedang dibangun secara global untuk mempelajari partikel-partikel ini dengan presisi tinggi. Dua detektor lainnya sedang dalam tahap pembangunan di Amerika Serikat dan Jepang. Ketiga proyek ini mewakili upaya bersama komunitas ilmiah dunia untuk memahami partikel hantu yang terus bergerak melewati segala sesuatu, termasuk tubuh kita, tanpa kita sadari. Detektor seperti JUNO dirancang dengan teknologi canggih yang mampu menangkap interaksi neutrino yang sangat langka, memberikan wawasan yang belum pernah ada sebelumnya tentang alam semesta yang tersembunyi.

“Mempelajari neutrino adalah tantangan besar dalam upaya memahami bagaimana alam semesta terbentuk,” kata Andre de Gouvea, seorang fisikawan teoretis dari Northwestern University yang tidak terlibat dalam proyek tersebut. “Jika China berhasil menjalankan detektor mereka, itu akan menjadi pencapaian luar biasa,” tambahnya, seperti yang dikutip dari Reuters.

Apa Itu Neutrino?

Neutrino adalah partikel subatomik yang sangat kecil dan hampir tidak memiliki massa, namun memainkan peran penting dalam memahami alam semesta. Partikel ini berasal dari berbagai proses kosmik, termasuk sejak peristiwa Big Bang. Setiap detik, triliunan neutrino melewati tubuh kita tanpa kita sadari, karena mereka hampir tidak pernah berinteraksi dengan materi lain. Neutrino juga dipancarkan oleh bintang-bintang seperti Matahari, dan tercipta dalam tumbukan partikel dalam akselerator atau reaktor nuklir.

Meskipun keberadaan neutrino sudah diketahui sejak hampir satu abad yang lalu, ilmu tentang partikel ini masih berada di tahap awal. Para ilmuwan menyebutnya sebagai “partikel yang paling tidak dipahami,” seperti yang disampaikan oleh Cao Jun, salah satu ilmuwan yang mengelola detektor JUNO. “Itulah mengapa sangat penting untuk mempelajarinya,” tambahnya.

Baca juga: Mengungkap Misteri Neutrino: Partikel Kecil dengan Dampak Besar

Bagaimana Neutrino Dipelajari?

Neutrino bergerak sangat cepat dan hampir tidak terlihat, sehingga tidak dapat langsung dideteksi. Sebaliknya, para ilmuwan mengamati efek samping dari keberadaan neutrino, seperti kilatan cahaya atau partikel bermuatan yang muncul saat neutrino bertabrakan dengan partikel lain. Namun, karena neutrino sangat jarang bertabrakan dengan materi, peluang untuk menangkap interaksi ini sangat kecil.

Untuk meningkatkan peluang tersebut, fisikawan harus berpikir besar. “Satu-satunya cara untuk mempelajari neutrino adalah dengan membangun detektor yang sangat besar,” kata de Gouvea. Detektor semacam itu, seperti JUNO, dirancang untuk mengandung volume besar material yang dapat memfasilitasi tumbukan neutrino. Ketika neutrino akhirnya berinteraksi dengan partikel lain, detektor ini akan mencatat tanda-tandanya, memungkinkan ilmuwan untuk mempelajari sifat dasar partikel yang misterius ini.

Langkah China untuk membangun detektor raksasa seperti JUNO menandai dorongan besar dalam teknologi, menjelajahi batas baru dalam fisika partikel. Proyek ini diharapkan membawa wawasan yang lebih mendalam tentang peran neutrino dalam pembentukan dan evolusi alam semesta.

Detektor Raksasa Pengukur Partikel Kecil

Detektor neutrino raksasa senilai USD 300 juta yang terletak di Kaiping, China, telah dibangun selama sembilan tahun. Lokasinya yang berada 700 meter di bawah permukaan tanah dirancang untuk melindungi instrumen sensitif ini dari gangguan radiasi dan sinar kosmik, yang dapat mengacaukan kemampuannya dalam mendeteksi neutrino. Neutrino adalah partikel subatomik yang sangat kecil dan hampir tidak berinteraksi dengan materi, sehingga mendeteksinya memerlukan lingkungan yang sangat terkontrol.

Pada Rabu, 18 Desember 2024, para pekerja memulai tahap akhir pembangunan detektor ini. Langkah terakhirnya adalah mengisi detektor berbentuk bola tersebut dengan cairan khusus yang dirancang untuk memancarkan kilatan cahaya saat neutrino atau antineutrino melewatinya. Detektor ini kemudian akan direndam dalam air murni untuk meningkatkan akurasi pengamatan. Cairan tersebut dirancang untuk merespon interaksi partikel kecil dengan cara yang memungkinkan ilmuwan mendeteksi keberadaan neutrino secara tidak langsung.

Detektor ini juga akan mempelajari antineutrino, versi kebalikan dari neutrino. Antineutrino ini dihasilkan dari reaksi nuklir di dalam dua pembangkit listrik tenaga nuklir yang terletak lebih dari 50 kilometer dari detektor. Ketika antineutrino bertabrakan dengan partikel di dalam detektor, mereka menciptakan kilatan cahaya, yang kemudian dianalisis oleh para ilmuwan untuk memahami perilaku partikel ini.

Menjawab Misteri Neutrino

Salah satu tujuan utama detektor ini adalah untuk memecahkan misteri lama tentang neutrino. Saat bergerak melalui ruang angkasa, neutrino dapat berubah menjadi tiga jenis atau “rasa” yang berbeda. Ilmuwan ingin memahami urutan massa ketiga jenis neutrino ini, dari yang paling ringan hingga yang paling berat, karena informasi ini dapat memberikan wawasan tentang sifat dasar partikel dan bagaimana mereka memengaruhi alam semesta.

Namun, mempelajari perubahan halus dalam partikel yang sulit dipahami ini adalah tantangan besar. “Mengamati pergeseran kecil pada partikel ini adalah tugas yang sangat sulit,” ujar Kate Scholberg, seorang fisikawan dari Duke University yang tidak terlibat dalam proyek ini. “Namun, ini adalah langkah berani yang layak diambil,” tambahnya.

Detektor ini dijadwalkan mulai beroperasi pada paruh kedua tahun 2025. Setelah itu, para ilmuwan akan memerlukan waktu tambahan untuk mengumpulkan dan menganalisis data yang dihasilkan. Ini berarti bahwa hasil penuh dari eksperimen ini mungkin baru akan terungkap beberapa tahun setelah operasi dimulai.

Baca juga: Ternyata Neutrino Dapat Dipakai Untuk Mengetahui Bagian Inti Bumi

Proyek Global yang Melengkapi

Selain detektor di China, ada dua detektor neutrino besar lainnya yang sedang dibangun di dunia: Hyper-Kamiokande di Jepang dan Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) di Amerika Serikat. Kedua proyek ini dijadwalkan mulai beroperasi sekitar tahun 2027 dan 2031. Detektor-detektor ini akan memeriksa ulang temuan dari China dengan pendekatan yang berbeda, membantu meningkatkan keakuratan hasil dan pemahaman kita tentang neutrino.

“Pada akhirnya, upaya ini akan memberikan manusia pemahaman yang lebih baik tentang fisika fundamental,” kata Wang Yifang, kepala ilmuwan sekaligus manajer proyek JUNO.

Memahami Alam Semesta

Meskipun neutrino jarang berinteraksi dengan partikel lain, partikel ini sudah ada sejak awal alam semesta, bahkan sejak Big Bang. Mempelajari neutrino dapat memberikan petunjuk penting tentang bagaimana alam semesta terbentuk dan berkembang selama miliaran tahun terakhir.

“Neutrino adalah bagian penting dari gambaran besar yang membantu kita memahami asal-usul dan evolusi alam semesta,” kata Scholberg. Dengan mempelajari neutrino, ilmuwan berharap dapat menjawab beberapa pertanyaan mendasar tentang asal-usul alam semesta, evolusi galaksi, dan mungkin bahkan masa depan kosmos itu sendiri.

Salah satu pertanyaan besar yang ingin dijawab para ilmuwan dengan mempelajari neutrino adalah mengapa alam semesta yang kita kenal saat ini sebagian besar terdiri dari materi, sedangkan antimateri—lawannya—sebagian besar telah lenyap. Secara teori, ketika alam semesta terbentuk dalam peristiwa Big Bang, materi dan antimateri seharusnya tercipta dalam jumlah yang sama. Namun, kenyataannya, kita hidup di alam semesta yang didominasi oleh materi, sementara antimateri hampir tidak ditemukan dalam jumlah signifikan.

Para ilmuwan belum sepenuhnya memahami mengapa ketidakseimbangan ini terjadi. Mereka menduga bahwa neutrino, partikel kecil dan hampir tidak memiliki massa, mungkin memegang kunci untuk mengungkap rahasia tersebut. Neutrino dianggap berperan dalam “aturan permainan” yang membentuk alam semesta awal, terutama dalam bagaimana materi dan antimateri bereaksi dan mungkin saling menghancurkan.

Untuk menemukan jawabannya, para ilmuwan perlu mempelajari sifat dasar neutrino dengan sangat rinci. Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan menangkap partikel-partikel ini dalam detektor besar seperti yang sedang dibangun di China, Jepang, dan Amerika Serikat. Partikel neutrino memiliki sifat unik yang sulit dipahami, sehingga memerlukan teknologi canggih untuk mendeteksi dan menganalisis mereka. Dengan mempelajari bagaimana neutrino dan antineutrino (versi antimateri dari neutrino) berinteraksi, ilmuwan berharap dapat menemukan petunjuk tentang mengapa alam semesta kita didominasi oleh materi.

Bukti dari peran neutrino mungkin tersembunyi dalam sifat atau perilaku mereka, dan inilah mengapa mendeteksi serta memahami partikel ini menjadi misi besar dalam fisika modern. Jika ilmuwan berhasil, penemuan ini tidak hanya akan menjawab pertanyaan tentang asal-usul materi di alam semesta tetapi juga memberikan wawasan baru tentang hukum dasar yang mengatur keberadaan kita.

Baca juga: Akankah Neutrino Merevolusi Teknologi? Simak Aplikasi Neutrino dalam Bidang Teknologi

Referensi:

Collaboration, JUNO. 2024. Potential to Identify the Neutrino Mass Ordering with Reactor Antineutrinos in JUNO. arXiv preprint arXiv:2405.18008.

Stock, Matthias Raphael. 2024. Status and Prospects of the JUNO Experiment. arXiv preprint arXiv:2405.07321.

Woo, Ryan. 2024. Inside the underground lab in China tasked with solving a physics mystery. Reuters: https://www.reuters.com/science/inside-underground-lab-china-tasked-with-solving-physics-mystery-2024-10-16/ diakses pada tanggal 23 Desember 2024.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Scroll to Top