Salah satu misteri besar fisika telah terpecahkan: Bagaimana antimateri… jatuh?
Ini bukanlah pertanyaan yang membuat kebanyakan orang terjaga di malam hari, namun beberapa fisikawan telah menunggu jawabannya selama bertahun-tahun.
Para ilmuwan di CERN, akselerator partikel terbesar di dunia di Swiss, mengumumkan pada hari Rabu bahwa eksperimen terobosan telah mengkonfirmasi bahwa antimateri jatuh karena gravitasi — sama seperti benda lainnya. Namun hal ini hanya membuat para ilmuwan bertanya lebih banyak tentang materi aneh ini.
Apa itu antimateri?
Di Star Trek, antimateri menggerakkan warp drive Starship Enterprise hingga abad ke-23 (dan digunakan di beberapa torpedonya). Ini adalah premis yang menggiurkan, berdasarkan pada fenomena nyata.
Pada tahun 1928, matematikawan Inggris Paul Dirac melihat antimateri dalam persamaan matematika. Dia sedang mengerjakan bagian-bagian mekanika kuantum ketika dia menyadari bahwa elektron – salah satu partikel fundamental alam semesta – bisa menjadi kebalikannya.
Dengan kata lain, mungkin ada elektron negatif (materi) dan elektron positif – atau positron (antimateri). Faktanya, ini bukan sekedar kemungkinan: Dirac menyimpulkan bahwa antimateri pasti ada di sana. Perhitungannya jelas, meskipun partikelnya belum teramati. (Persamaan Dirac terukir di makamnya)
Hingga dua tahun kemudian, antimateri ditemukan di alam melalui jejak sinar kosmik yang dirasakan selama misi balon. Itu telah dipelajari sejak saat itu.
Saat ini, dokter menggunakan antipartikel dalam pengobatan: dalam mesin pemindai PET yang memeriksa kulit kita untuk mencari kanker atau fungsi jantung. Ini menghasilkan sebagian antimateri – P adalah singkatan dari Positron – tetapi tidak keseluruhan anti-atom.
Bukan suatu hal yang buruk jika anti-atom tidak dapat ditemukan secara keseluruhan, karena ketika antimateri bertemu dengan materi normal – bahan yang membentuk kita dan dunia di sekitar kita – keduanya meledak dengan pelepasan energi paling kuat yang diketahui oleh para ilmuwan. Ledakan tersebut begitu kaya akan energi sehingga NASA mempelajarinya dengan menggunakan ledakan antimateri dan materi untuk memberi daya pada kapal luar angkasa untuk menempuh jarak yang sangat jauh (desainnya masih murni teoretis).
Hilang di alam
Namun kekurangan antimaterilah yang masih menjadi salah satu misteri besar yang belum terpecahkan dalam fisika: Jika model standar fisika benar, jumlah antimateri yang sama dengan materi seharusnya muncul pada saat-saat panas pertama setelah Big Bang.
Dua hal yang berlawanan, jika diciptakan dalam ukuran yang sama, akan bertabrakan, saling menghancurkan satu sama lain dalam sekejap, hanya menyisakan langit putih penuh energi yang meremang, dan tidak ada materi sisa sama sekali.
Namun di sinilah kita, 14 miliar tahun kemudian, terbuat dari materi. Sejak Dirac, fisikawan bertanya-tanya ke mana perginya antimateri, atau pernahkah antimateri itu ada di sana?
Namun ada beberapa antimateri di Bumi ini: Antimateri tersebut dibuat, dalam sampel yang sangat kecil dengan biaya yang sangat besar, di CERN. Selama lebih dari satu dekade, para ilmuwan di sana telah merakit “atom” antimateri sepotong demi sepotong dan menjebaknya dalam botol magnet berteknologi tinggi.
Mereka ingin mengetahui cara kerjanya, mengapa mereka tidak ditemukan di alam, dan mengapa alam semesta sepertinya “memilih” materi yang kita kenal.
Tapi kebanyakan, mereka ingin menjatuhkannya, untuk melihat apakah jatuh ke atas. Karena jika hal ini terjadi, maka fisika akan mengalami krisis total. Gravitasi pasti mempunyai celah.
Tes gravitasi
Mengetahui bagaimana suatu benda jatuh selalu membuat para ilmuwan terpesona karena itulah cara manusia melihat hukum alam yang fundamental dan tak kasat mata sedang berperan.
Eksperimen ALPHA di CERN hanya menghasilkan sejumlah kecil, seperseratus juta gram antihidrogen, sehingga fisikawan dapat melakukan eksperimen dasar terhadap antihidrogen tersebut. Mereka menggunakan akselerator partikel CERN yang terkenal untuk menghasilkan antiproton. Mereka menggunakan isotop radioaktif untuk menghasilkan positron, serupa dengan cara pembuatannya untuk pemindaian PET.
Kemudian, mereka belajar cara menggabungkannya menjadi “atom antimateri”, menjebaknya dalam medan magnet, memperlambatnya, menahannya agar tidak musnah di tepi wadahnya, dan akhirnya menempatkan wadah tersebut dalam posisi tegak, bukan secara horizontal. untuk menguji bagaimana mereka bereaksi terhadap gravitasi. Masing-masing langkah ini memerlukan waktu bertahun-tahun, perhitungan baru, pendanaan yang stabil, dan solusi teknik yang cerdik.
“Kami ingin menguji apakah setiap properti yang kami tahu dimiliki oleh materi, dimiliki oleh antimateri, atau mungkin tidak,” jelas Rebecca Suarez, fisikawan eksperimental di Universitas Uppsala di Swedia yang tidak terlibat dalam proyek tersebut. “Karena detail kecil apa pun di sana dapat menjelaskan apa yang terjadi dengan antimateri.”
Kebanyakan fisikawan berasumsi antimateri tidak akan ‘jatuh’ ke atas, namun mereka tidak dapat mengatakannya sampai hal tersebut terbukti.
Patrice Perez, juru bicara eksperimen antimateri di CERN bernama GBAR, mencoba merangkum masalah tersebut dalam sebuah wawancara dengan perak-news.com pada bulan Juli. Jika antimateri jatuh ke atas, berlawanan dengan gravitasi, katanya, “salah satu landasannya [Albert Einstein’s theory of] relativitas umum akan salah, prinsip kesetaraan [which says] jika kamu menjatuhkan suatu benda ke bumi, maka jatuhnya akan sama besarnya.”
“Jika kita menemukan sesuatu yang berbeda, itu akan menjadi revolusi total. Kita tidak tahu harus berbuat apa… Itu berarti kita tidak memahami fisika, kita tidak memahami alam sama sekali.”
Perez telah melakukan eksperimen untuk menangkap dan menstabilkan antimateri selama beberapa dekade di laboratorium fisika yang tenang dan serius, namun pertanyaan apakah antimateri bisa jatuh ke atas, atau apakah bisa menjadi bahan bakar untuk pesawat luar angkasa, membuatnya tertawa.
Singkatnya, dia mengatakan tentang jatuhnya antigravitasi, “tidak ada yang percaya ini”.
Setelah hampir dua dekade bekerja, para ilmuwan yang memimpin eksperimen tersebut memasukkan beberapa lusin “atom” antimateri ke dalam tabung vertikal berteknologi tinggi untuk menguji pertanyaan tersebut.
Hasil? Benda itu jatuh ke bawah menuju pusat bumi, seperti sebuah bola.
Jeffrey Hangst adalah fisikawan dan juru bicara eksperimen ALPHA. Mengumumkan hasilnya, dia memegang dua apel, satu merah untuk materi, yang lain hitam untuk antimateri, sebagai alat bantu visual (apel hitam tidak terbuat dari antimateri; jika ya, ledakan di tangannya akan menghancurkan sebagian Swiss dan Perancis).
“Sejauh yang kami tahu, mereka jatuh dengan cara yang sama seperti benda biasa,” katanya gembira.
Fisika telah diselamatkan dari krisis – untuk saat ini. Fisikawan dapat kembali ke tahap awal, menyelami misteri alam semesta dan terus bertanya mengapa alam semesta tidak menghasilkan antimateri.
