Pada 13 Februari 2023, sebuah penemuan luar biasa terjadi di kedalaman Laut Mediterania. Kolaborasi internasional KM3NeT, yang melibatkan Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), sebagai salah satu pemimpin proyek, berhasil mendeteksi neutrino yang memiliki energi 30 kali lebih tinggi dibandingkan dengan neutrino apapun yang pernah terdeteksi sebelumnya di seluruh dunia. Penemuan ini membuka perspektif baru dalam memahami fenomena energi ekstrem di alam semesta, serta asal-usul sinar kosmik.
Penemuan ini tercatat sebagai yang pertama kali mendeteksi neutrino dengan energi luar biasa sekitar 220 PeV (Peta-elektron Volt), atau 220 juta miliar elektron volt. Neutrino ini terdeteksi menggunakan detektor ARCA, bagian dari teleskop neutrino KM3NeT, yang sedang dibangun di dasar Laut Mediterania, sekitar 3450 meter di bawah permukaan laut. Penemuan ini tidak hanya menunjukkan bahwa neutrino dengan energi sebesar itu ada di alam semesta, tetapi juga memberi bukti pertama bahwa fenomena fisika ekstrem tersebut memang terjadi di luar angkasa.
Apa itu Neutrino dan Mengapa Mereka Begitu Penting?
Neutrino adalah partikel elementer yang sangat misterius. Mereka tidak memiliki muatan listrik, hampir tidak memiliki massa, dan hanya berinteraksi sangat lemah dengan materi. Hal ini membuatnya sangat sulit untuk dideteksi. Meskipun demikian, neutrino memiliki peran yang sangat penting dalam memahami fenomena kosmik yang paling energik dan ekstrem, seperti lubang hitam supermasif di pusat galaksi, ledakan supernova, serta ledakan sinar gamma.
Neutrino sering disebut sebagai “pesan kosmik” karena mereka membawa informasi unik tentang mekanisme yang terlibat dalam peristiwa energi tinggi di alam semesta, memberi kita wawasan tentang kejadian-kejadian yang terjadi di tempat-tempat paling jauh dan paling misterius di ruang angkasa.
Baca juga: Mengungkap Misteri Neutrino: Partikel Kecil dengan Dampak Besar
Detektor KM3NeT: Menembus Kedalaman Laut untuk Mencari Neutrino
Untuk mendeteksi neutrino, dibutuhkan detektor raksasa yang dapat menangkap cahaya Cerenkov, yaitu cahaya biru yang dihasilkan ketika partikel ultra-relativistik bergerak melalui air. KM3NeT adalah teleskop neutrino yang sedang dibangun di kedalaman Laut Mediterania, yang memiliki dua detektor utama: ARCA dan ORCA. Detektor ARCA dirancang untuk mempelajari neutrino dengan energi tertinggi dan asal-usulnya di alam semesta, sementara detektor ORCA difokuskan untuk mempelajari sifat dasar dari neutrino itu sendiri.
Teleskop ini menggunakan air laut sebagai medium interaksi bagi neutrino. Ketika neutrino berinteraksi dengan molekul air, ia menghasilkan partikel sekunder yang bergerak dengan kecepatan hampir secepat cahaya. Partikel-partikel ini menghasilkan cahaya Cerenkov yang dapat dideteksi oleh modul optik digital (DOM) di dalam detektor.
Penemuan Neutrino Energi Ultra-Tinggi
Neutrino yang terdeteksi oleh KM3NeT pada Februari 2023 adalah yang paling energik yang pernah tercatat. Peristiwa ini, yang disebut KM3-230213A, terdeteksi sebagai muon (partikel sekunder) yang melintasi seluruh detektor, menghasilkan sinyal di lebih dari sepertiga sensor aktif. Energi yang sangat tinggi dan jalur trajektori muon yang menunjukkan bahwa muon tersebut berasal dari interaksi neutrino kosmik di dekat detektor memberikan bukti kuat bahwa neutrino dengan energi ekstrem memang ada dan berinteraksi di sekitar kita.
Paschal Coyle, juru bicara KM3NeT pada saat itu, menjelaskan bahwa penemuan ini membuka babak baru dalam astronomi neutrino. Deteksi pertama kali neutrino dengan energi ratusan PeV ini membuka jendela pengamatan baru pada alam semesta.
Alam Semesta Energi Tinggi: Sumber-Sumber Luar Biasa
Alam semesta energi tinggi adalah dunia penuh dengan peristiwa bencana kosmik, seperti lubang hitam supermasif yang mengakresikan materi, ledakan supernova yang luar biasa, dan ledakan sinar gamma yang belum sepenuhnya dipahami oleh ilmuwan. Peristiwa-peristiwa ini, yang disebut akselerator kosmik, menghasilkan arus partikel yang disebut sinar kosmik.
Beberapa sinar kosmik ini dapat berinteraksi dengan materi atau foton di sekitar sumbernya, menghasilkan neutrino dan foton. Ketika sinar kosmik dengan energi sangat tinggi bergerak melintasi alam semesta, beberapa di antaranya juga dapat berinteraksi dengan foton radiasi latar gelombang mikro kosmik, menghasilkan neutrino “kosmogenik” yang sangat energetik.
Tantangan dalam Deteksi Neutrino
Meskipun neutrino adalah partikel kedua yang paling banyak ditemukan di alam semesta setelah foton, interaksi mereka yang sangat lemah dengan materi membuat mereka sangat sulit untuk dideteksi. Oleh karena itu, diperlukan detektor besar seperti KM3NeT yang dapat mendeteksi cahaya Cerenkov yang dihasilkan dari interaksi neutrino dengan air laut.
KM3NeT memiliki kapasitas luar biasa, dengan total lebih dari 200.000 fotomultiplier yang digunakan untuk mendeteksi cahaya Cerenkov. Infrastruktur detektor ini sangat besar dan berada di kedalaman Laut Mediterania, menunjukkan upaya luar biasa yang dilakukan oleh para ilmuwan dan teknisi dari seluruh dunia untuk maju dalam astronomi neutrino dan fisika partikel.
Masa Depan Astronomi Neutrino
Deteksi neutrino energi ultra-tinggi ini merupakan langkah pertama yang penting, namun berdasarkan satu peristiwa saja, sulit untuk menentukan asal-usul pasti dari neutrino tersebut. Penelitian lebih lanjut dengan deteksi lebih banyak peristiwa serupa akan membantu membangun gambaran yang lebih jelas tentang fenomena kosmik yang menghasilkan neutrino berenergi sangat tinggi ini.
Perluasan KM3NeT dengan menambah unit deteksi dan pengumpulan data tambahan akan meningkatkan sensitivitas detektor dan kemampuannya untuk menentukan sumber neutrino kosmik, menjadikannya kontributor utama dalam astronomi multi-pesan. Kolaborasi internasional yang terlibat dalam KM3NeT melibatkan lebih dari 360 ilmuwan, insinyur, teknisi, dan mahasiswa dari 68 institusi di 21 negara di seluruh dunia.
Kesimpulan
Penemuan neutrino dengan energi ultra-tinggi oleh KM3NeT memberikan wawasan baru yang sangat penting bagi pemahaman kita tentang fenomena fisika ekstrem yang terjadi di alam semesta. Meskipun tantangan besar dalam mendeteksi partikel ini tetap ada, penemuan ini menandai langkah pertama yang luar biasa dalam astronomi neutrino, yang dapat membuka jendela baru untuk menjelajahi kosmos dan memahami lebih dalam mengenai asal-usul sinar kosmik serta peristiwa kosmik yang sangat energik.
Referensi:
[1] https://www.cnrs.fr/en/press/first-detection-ultra-high-energy-neutrino, 18 Februari 2025.
[2] S. Aiello, A. Albert, A. R. Alhebsi, M. Alshamsi, S. Alves Garre, A. Ambrosone, F. Ameli, M. Andre, M. Anghinolfi, L. Aphecetche, M. Ardid, S. Ardid, C. Argüelles, H. Atmani, J. Aublin, F. Badaracco, L. Bailly-Salins, Z. Bardačová, B. Baret, A. Bariego-Quintana, Y. Becherini, M. Bendahman, F. Benfenati Gualandi, M. Benhassi, M. Bennani, D. M. Benoit, E. Berbee, V. Bertin, S. Biagi, M. Boettcher, D. Bonanno, A. B. Bouasla, J. Boumaaza, M. Bouta, M. Bouwhuis, C. Bozza, R. M. Bozza, H. Brânzaş, F. Bretaudeau, M. Breuhaus, R. Bruijn, J. Brunner, R. Bruno, E. Buis, R. Buompane, S. Buson, J. Busto, B. Caiffi, D. Calvo, A. Capone, F. Carenini, V. Carretero, T. Cartraud, P. Castaldi, V. Cecchini, S. Celli, L. Cerisy, M. Chabab, A. Chen, S. Cherubini, T. Chiarusi, M. Circella, R. Cocimano, J. A. B. Coelho, A. Coleiro, S. Colonges, A. Condorelli, R. Coniglione, P. Coyle, A. Creusot, G. Cuttone, A. D’Amico, R. Dallier, A. De Benedittis, B. De Martino, G. De Wasseige, V. Decoene, I. Del Rosso, L. S. Di Mauro, I. Di Palma, A. F. Diaz, D. Diego-Tortosa, C. Distefano, A. Domi, C. Donzaud, D. Dornic, E. Drakopoulou, D. Drouhin, J.-G. Ducoin, R. Dvornický, T. Eberl, E. Eckerová, A. Eddymaoui, T. van Eeden, M. Eff, D. van Eijk, I. El Bojaddaini, S. El Hedri, V. Ellajosyula, A. Enzenhöfer, G. Ferrara, M. D. Filipovićv, F. Filippini, D. Franciotti, L. A. Fusco, S. Gagliardini, T. Gal, J. García Méndez, A. Garcia Soto, C. Gatius Oliver, N. Geißelbrecht, E. Genton, H. Ghaddari, L. Gialanella, B. K. Gibson, E. Giorgio, I. Goos, P. Goswami, S. R. Gozzini, R. Gracia, K. Graf, C. Guidi, B. Guillon, M. Gutiérrez, C. Haack, H. van Haren, A. Heijboer, L. Hennig, S. Henry, J. J. Hernández-Rey, W. Idrissi Ibnsalih, A. Ilioni, G. Illuminati, D. Joly, M. de Jong, P. de Jong, B. J. Jung, P. Kalaczyński, O. Kalekin, N. Kamp, U. F. Katz, G. Kistauri, C. Kopper, A. Kouchner, Y. Y. Kovalev, V. Kueviakoe, V. Kulikovskiy, R. Kvatadze, M. Labalme, R. Lahmann, M. Lamoureux, S. Lancelin, G. Larosa, C. Lastoria, J. Lazar, A. Lazo, S. Le Stum, G. Lehaut, V. Lemaitre, E. Leonora, N. Lessing, G. Levi, M. Lincetto, M. Lindsey Clark, F. Longhitano, N. Lumb, F. Magnani, J. Majumdar, L. Malerba, F. Mamedov, A. Manfreda, M. Marconi, A. Margiotta, A. Marinelli, C. Markou, L. Martin, F. Marzaioli, M. Mastrodicasa, S. Mastroianni, J. Mauro, G. Miele, P. Migliozzi, E. Migneco, M. L. Mitsou, C. M. Mollo, M. Mongelli, L. Morales-Gallegos, A. Moussa, I. Mozun Mateo, R. Muller, M. R. Musone, M. Musumeci, S. Navas, A. Nayerhoda, C. A. Nicolau, B. Nkosi, B. Ó Fearraigh, V. Oliviero, A. Orlando, E. Oukacha, D. Paesani, J. Palacios González, G. Papalashvili, C. Paries, V. Parisi, E. J. Pastor Gomez, C. Pastore, A. M. Păun, G. E. Păvălaş, S. Peña Martínez, M. Perrin-Terrin, V. Pestel, R. Pestes, L. Pfeiffer, P. Piattelli, A. Plavin, C. Poirè, V. Popa, T. Pradier, J. Prado, S. Pulvirenti, C. A. Quiroz-Rangel, N. Randazzo, S. Razzaque, I. C. Rea, D. Real, G. Riccobene, J. Robinson, A. Romanov, E. Ros, A. Šaina, F. Salesa Greus, D. F. E. Samtleben, A. Sánchez Losa, S. Sanfilippo, M. Sanguineti, D. Santonocito, P. Sapienza, J. Schmelling, J. Schnabel, J. Schumann, H. M. Schutte, J. Seneca, N. Sennan, P. Sevle, I. Sgura, R. Shanidze, A. Sharma, Y. Shitov, F. Šimkovic, A. Simonelli, A. Sinopoulou, B. Spisso, M. Spurio, D. Stavropoulos, I. Štekl, M. Taiuti, Y. Tayalati, H. Thiersen, S. Thoudam, I. Tosta e Melo, B. Trocmé, V. Tsourapis, A. Tudorache, E. Tzamariudaki, A. Ukleja, A. Vacheret, V. Valsecchi, V. Van Elewyck, G. Vannoye, G. Vasileiadis, F. Vazquez de Sola, C. Verilhac, A. Veutro, S. Viola, D. Vivolo, A. van Vliet, A. Y. Wen, E. de Wolf, I. Lhenry-Yvon, S. Zavatarelli, A. Zegarelli, D. Zito, J. D. Zornoza, J. Zúñiga, N. Zywucka. Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. Nature, 2025; 638 (8050): 376 DOI: 10.1038/s41586-024-08543-1
