Proton dan Kestabilan Alam Semesta
Proton adalah partikel bermuatan positif yang ada di dalam inti sebuah atom. Seluruh materi di alam semesta—termasuk manusia—tersusun dari atom-atom yang terdapat proton di dalamnya. Proton berperan menjaga kestabilan alam semesta karena proton memiliki tingkat kestabilan yang sangat tinggi. Jika proton yang ada di dalam inti atom tidak stabil, maka dapat dipastikan alam semesta akan hancur lebur. Proton yang tidak stabil maksudnya adalah proton yang mudah berubah/rusak/berkurang jumlahnya (decay).
Di dalam cerita fiksi film Star Wars diceritakan terkait penggunaan bom proton untuk meledakkan pesawat Ravager. Ide untuk membuat bom dari partikel proton memang sangat mustahil untuk dilakukan dengan teknologi yang dimiliki oleh umat manusia saat ini karena untuk membuat proton menjadi tidak stabil—agar menjadi bom—diperlukan energi yang sangat besar. Namun, jika teknologi umat manusia sudah mampu membuat proton menjadi tidak stabil, maka bom proton kemungkinan besar bisa dibuat dengan kemampuan ledakan yang sangat besar.
Kemudian pertanyaannya adalah, apakah yang menyebabkan proton ini bisa sangat stabil? Keseimbangan antara dua buah kekuatan yang ada di inti proton disinyalir menjadi sumber kestabilan dari proton tersebut, sebagaimana ditemukan oleh ilmuwan dari Thomas Jefferson National Accelerator Facility, Virginia [1].
Gambar 1. Tanpa kita sadari tekanan yang sangat besar ada di dalam tubuh kita [2]
Tekanan di dalam Inti Proton 10 Kali Lebih Kuat dari Gaya di Bintang Neutron
Dua buah kekuatan yang ada di dalam proton mengarah ke dalam dan ke luar inti. V.D. Burkert adalah co-author dari penelitian itu, dia menyatakan bahwa di dalam inti proton terdapat gaya yang nilainya adalah sekitar 1035 Pa menghadap ke luar [1]. Tekanan ini sangatlah besar, dapat dianalogikan seperti 10 kali gaya yang ada di sebuah bintang neutron. Atau setara juga 1.5 kali milyar trilyun (1.521) tekanan yang dibutuhkan untuk palu untuk memaku di dinding.
Analogi lain, jika tekanan ini dibandingkan dengan tekanan di dasar Palung Mariana (palung terdalam yang diketahui manusia di muka bumi), maka ada setara dengan miliaran miliar kalinya. [3]
Bintang neutron adalah objek luar angkasa seukuran kota yang memiliki gaya gravitasi, medan magnet, massa jenis yang berlebihan dibandingkan ukurannya. Bintang neutron memiliki inti dengan densitas yang sangat tinggi, sehingga dinobatkan sebagai objek luar angkasa terpadat yang bisa diamati [4]. Tekanan di dalam proton bahkan jauh lebih besar daripada gaya yang ada di sebuah bintang neutron.
Sesendok teh sampel bintang neutron, jika ditimbang beratnya akan setara berat kapal feri (500.000 ton) [4]
Di dalam sebuat proton ada dua partikel utama penyusun: kuark dan gluon (lihat Gambar 1). Kuark adalah sekelompok partikel penyusun proton dan gluon adalah partikel yang memberikan gaya antar kuark sehingga dapat merekat dengan erat. Tanpa kita sadari seluruh partikel ini berada di dalam tubuh kita, yang artinya gaya sebesar itu ada di dalam tubuh kita!
Bagaimana Cara Mengukur Tekanan di dalam Inti Proton?
Agar dapat mengukur tekanan di dalam inti proton, V.D. Burkert dan rekan-rekannya menembakkan berkas cahaya (foton) dengan energi sebesar 6 miliar eV ke nitrogen cair yang penuh dengan partikel proton. Ketika mereka mengarahkan tembakan ke pusat proton, cahaya yang ditembakkan tersebut, diserap oleh kuark, untuk dipantulkan kembali menjadi sinar foton lanjutan (lihar Gambar 2). Sinar foton lanjutan ini kemudian di analisa oleh para ilmuwan ini.
Gambar 2. Setup eksperimen Deeply Virtual Compton Scattering untuk mengukur tekanan di dalam proton [5]
Para ilmuwan ini memeriksa elektron yang ditembakkan, foton yang diserap, dan foton yang dilepaskan. Peta 3D dari lokasi kuark di dalam inti proton kemudian bisa dibuat. Video simulasi berikut menunjukkan bagaimana lokasi kuark dan gaya-gaya yang ada di kuark tersebut bisa menjaga proton tetap stabil di dalam inti proton:
[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=3QaBDPgZ0xo[/embedyt]
Namun, informasi ini belum cukup untuk menentukan berapa nilai tekanan yang ada di dalam inti proton. Eksperimen tersebut sebenarnya telah dilakukan sejak tahun 2015, namun data terkait kuark dan lokasinya baru bisa digunakan untuk mengestimasi nilai tekanan di dalam inti proton setelah teknik evaluasi data yang lebih komprehensif mereka temukan.
Proyek Selanjutnya
Nilai tekanan ke arah luar di inti proton yang diperoleh V.D. Burkert dan rekan-rekannya adalah nilai estimasi. Artinya, hingga saat ini proton belum sepenuhnya berhasil diteliti. Jika tekanan sebesar itu dialami oleh proton ke arah luar, maka tentunya ada tekanan yang besarnya setara ke arah dalam yang harus melawannya agar proton tidak meledak (tetap stabil). Para ilmuwan ini memprediksi bahwa gluon lah yang memiliki gaya ke arah dalam tersebut. Proyek selanjutnya yang mereka lakukan adalah membangun perangkat Ion-Collider untuk dapat memeriksa gluon dan mendapatkan nilai tekanan yang ada di dalam inti proton lebih akurat lagi.
Dengan penemuan ini, proton yang awalnya kurang begitu menarik untuk diteliti, menjadi menarik untuk mendapatkan perhatian. Masih banyak hal yang belum terungkap dari sifat-sifat/karakteristik dari proton, misalnya: disitribusi tekanan, jari-jari, dan gaya-gaya yang bekerja di dalamnya. Ilmuwan-ilmuwan dari Indonesia bisa turut berkontribusi dalam penelitian-penelitian terkait hal ini.
Referensi:
- V. D. Burkert, L. elouadrhiri, and F. X. Girod., ” The pressure distribution inside the proton“, Nature, Vol. 557
- P. Pherry., “The Inside of a Proton Could be the Most Extreme Environment in the Cosmos.“, http://bigthink.com/philip-perry/the-inside-of-a-proton-could-be-the-most-extreme-environment-in-the-cosmos, diakses tanggal 21 Mei 2018
- L. Crane., “We’ve measured the pressure inside a proton and it’s extreme“, https://www.newscientist.com/article/2169113-weve-measured-the-pressure-inside-a-proton-and-its-extreme/?utm_campaign=Echobox&utm_medium=SOC&utm_source=Facebook, diakses tanggal 21 Mei 2018
- R.M. Muharram., “Mengenal Bintang Neutron”, http://www.infoastronomy.org/2016/10/mengenal-bintang-neutron.html, diakses tanggal 21 Mei 2018
- M.Mazouz., “Deeply Virtual Compton Scattering” diakses 27 Mei 2018
