11 hours ago
4
Para ilmuwan melakukan eksperimen untuk menguji apakah top quark, partikel elementer terberat di alam semesta, selalu mematuhi teori relativitas khusus Einstein.(CERN)
APAKAH ada waktu tertentu dalam sehari ketika partikel elementer terberat di alam semesta berhenti mematuhi aturan Einstein? Pertanyaan yang terdengar aneh ini sebenarnya bisa memberikan wawasan penting bagi para ilmuwan tentang hukum fisika yang mengatur kosmos.
Dalam eksperimen pertama di dunia yang dilakukan di Large Hadron Collider (LHC), akselerator partikel paling kuat, para ilmuwan mencoba mencari tahu apakah partikel elementer terberat di alam semesta, yakni partikel yang tidak terdiri dari partikel lain yang lebih kecil, selalu mematuhi teori relativitas khusus yang dikemukakan Einstein tahun 1905.
Lebih spesifik lagi, tim yang mengoperasikan Compact Muon Solenoid (CMS) di LHC ingin mengetahui apakah salah satu prinsip dasar relativitas khusus, yang dikenal sebagai "simetri Lorentz," selalu berlaku untuk top quark.
Apa Itu Simetri Lorentz?
Simetri Lorentz menyatakan hukum fisika harus tetap sama bagi semua pengamat yang tidak mengalami percepatan. Dengan kata lain, hasil suatu eksperimen tidak boleh bergantung pada orientasi eksperimen atau kecepatan di mana eksperimen tersebut dilakukan.
Namun, beberapa teori fisika menunjukkan pada energi yang sangat tinggi, relativitas khusus bisa gagal akibat pelanggaran simetri Lorentz. Jika ini terjadi, hukum fisika bisa berbeda bagi pengamat dalam kerangka acuan yang berbeda. Artinya, hasil eksperimen akan bergantung pada orientasi eksperimen dalam ruang-waktu empat dimensi.
Jika benar terjadi, hal ini bisa mengguncang banyak teori utama dalam fisika, termasuk Model Standar fisika partikel yang didasarkan pada relativitas khusus.
"Sisa-sisa pelanggaran simetri Lorentz mungkin dapat diamati pada energi yang lebih rendah, seperti pada energi yang digunakan di LHC. Namun, telah ada upaya sebelumnya, belum ditemukan bukti pelanggaran simetri Lorentz di LHC atau akselerator lainnya," tulis kolaborasi CMS dalam sebuah pernyataan.
Menguji Top Quark Sepanjang Hari
Quark adalah partikel dalam Model Standar fisika partikel yang menyusun proton dan neutron. Ada enam jenis quark dengan massa yang berbeda: up, down (ditemukan dalam proton dan neutron), charm, strange, top, dan bottom. Dari semuanya, top quark adalah yang terberat, dengan massa sekitar 173 giga-elektronvolt—setara dengan massa satu atom emas.
Para peneliti CMS berasumsi jika tabrakan antara proton yang dipercepat mendekati kecepatan cahaya di LHC bergantung pada orientasi, maka tingkat produksi pasangan top quark dalam tabrakan tersebut harus bervariasi sepanjang hari.
Hal ini dikarenakan rotasi Bumi menyebabkan arah pancaran proton dalam akselerator partikel berubah dari waktu ke waktu. Dengan demikian, arah terbentuknya top quark juga harus berubah. Artinya, jumlah quark yang tercipta bisa bergantung pada waktu tabrakan terjadi!
Jika ada arah preferensial dalam ruang-waktu yang menandakan pelanggaran simetri Lorentz, maka seharusnya akan terjadi deviasi dari tingkat produksi pasangan top quark yang konstan di LHC, tergantung pada waktu eksperimen dilakukan.
Einstein Masih Aman
Menggunakan data dari Run 2 LHC yang berlangsung antara 2015 dan 2018, tim CMS tidak menemukan adanya deviasi tersebut. Artinya, mereka tidak menemukan tanda-tanda pelanggaran simetri Lorentz, dan tidak ada bukti top quark melanggar teori Einstein, terlepas dari orientasi pancaran proton atau waktu tabrakan terjadi.
Jadi, teori relativitas Einstein masih aman sepanjang waktu—setidaknya untuk saat ini.
Namun, LHC yang telah ditingkatkan mulai menjalankan eksperimen lebih kuat pada tahun 2022 dan dijadwalkan berlanjut hingga tahun depan. Tim peneliti akan terus mencari tanda-tanda pelanggaran simetri Lorentz dalam tabrakan proton berenergi lebih tinggi.
"Hasil ini membuka jalan bagi pencarian pelanggaran simetri Lorentz di masa depan berdasarkan data top quark dari Run 3 LHC," tulis kolaborasi CMS. "Selain itu, penelitian ini juga membuka peluang untuk meneliti partikel berat lain yang hanya dapat diteliti di LHC, seperti boson Higgs serta boson W dan Z."
Dengan eksperimen lanjutan yang lebih canggih, siapa tahu, mungkin suatu hari nanti kita akan menemukan bahwa bahkan hukum Einstein pun bisa memiliki batasnya! (Space/Z-2)
