Méridien de Paris

Biasanya aku mengaitkan sebuah kota dengan sebuah buku, sepotong musik, atau seorang tokoh. Tapi kota Paris punya sejarah panjang dan cerita yang kompleks. Beberapa kunjungan sebelumnya aku kaitkan dengan para filsuf, para ilmuwan, para penulis. Kali ini, aku mengambil tema seorang tokoh bernama François Arago.

Arago adalah seorang matematikawan, fisikawan, astronom, dan politisi Perancis. Di sekitar masa revolusi Perancis, ia bahkan sempat beberapa bulan menjadi semacam Perdana Menteri Perancis. Dalam bidang fisika, ia menjadi kontroversi saat mendukung teori cahaya sebagai gelombang. Permainannya yang lain adalah mencari kaitan benda bermuatan yang berputar terhadap logam magnetik. Tapi, di atas semua itu, ia paling dikenal sebagai Direktur Observatorium Paris.

Observatorium

Observatorium Paris didirikan di sekitar kawasan Montparnasse pada masa Raja Louis XIV di tahun 1667. Salah satu misi yang diemban observatorium itu adalah memperbaiki ketepatan perangkat dan peta untuk keperluan navigasi. Salah satu yang dilakukan adalah memastikan ketepatan posisi garis bujur (Utara – Selatan). Titik ukur, di tengah Observatoium Paris itu, kemudian menjadi garis meridian Paris, dan menjadi bakuan negara Perancis atas bujur nol derajat.

Saat Arago menjadi sekretaris di Observatorium itu, tugasnya adalah menentukan ketepatan garis meridian lebih jauh lagi. Ia menjelajah ke Catalonia, yaitu kota Barcelona (yang dilewati garis bujur ini), hingga ke Formentera (bagian dari Kepulauan Balearik). Sisi penting garis meridian ini adalah pada saat Perancis mengubah satuan-satuan fisika menjadi satuan metrik, yang menggantikan satuan imperial. Satuan panjang, yaitu satu meter, didefinisikan sebagai satu per sepuluh juta jarak dari kutub utara ke khatulistiwa, melalui meridian kota Paris. Secara spesifik, pengukuran dilakukan dari kota Dunkerque ke Barcelona.

Dunia internasional kemudian lebih memilih Prime Meridian (yaitu garis meridian yang melewati Greenwich di UK) pada 1884, menggantikan meridian Paris. Namun Perancis masih menggunakan meridian Paris hingga 1911. Meridian Paris terletak 2º 20’ 14” dari Prime Meridian. Posisi ini masih teramati dengan dipasangnya tanda berupa seratusan lempeng perunggu di jalan, trotoar, dan taman di sepanjang garis meridian ini. Piringan perunggu ini dinamai medali-medali Arago.

Penjelajahan garis meridian Paris bisa dimulai dari Observatorium Paris. Sedikit di sebelah kompleks observatorium, terdapat monumen Arago, dengan medali Arago berada sebagai bagian dari prasasti monumen itu.

Arago-v02

Memasuki kawasan observatorium, sebuah garis membelah taman, menunjukkan garis meridian.

Rumput
Sayangnya, aku datang pada hari yang kurang tepat. Observatorium (dan berbgai musium menarik lain di Paris) sedang ditutup di masa liburan musim panas. Padahal di dalamnya tersimpan jam atom sebagai pengukur waktu detik standar, serta standar metriks lainnya.

Di depan observatorium, sebuah boulevard dipisahkan taman rumput yang menandakan garis meridian. Kemudian jalan melebar. Beberapa patung dan monumen memisahkan jalan, dan semua berfungsi sebagai penanda garis meridian juga.

FrancisGarnier

Menyusuri garis ini, kita akan masuk ke Jardin de Luxembourg (taman Luxembourg) yang terkenal asri dan indah. Beberapa monumen masih dipasang di garis meridian ini. Kemudian sebuah lapangan rumput luas yang tidak boleh diinjak.

Jardin

Di ujung lapangan, kita dapat menemui kolam yang segar dengan kursi-kursi santai untuk para pengunjung. Hey, kita harus menikmati keindahan kota ini dulu sebelum meneruskan penjelajahan =).

JardindeLuxembourg

Trus beranjak ke utara. garis meridian ini melintasi puncak gedung senat, melewati Rue Garancière dan Boulevard Saint Germain, menyeberangi sungai Seine, dan masuk ke Museum Louvre. Di sini, piramid kaca besar di tengah halaman Louvre dipasang telat di garis meridian ini.

Melintasi piramid kaca, kita masih akan menemukan medali Arago lagi, terus mengarah ke utara, hingga ke dekat Gedung Opera.

Arago-v01

Trus … mungkin aku cerita dulu tentang opera. Lain hari kita sambung tentang Arago dan garis meridian Paris ini yah.

Deep Learning

Pada edisi Juni 2013, MIT Technology Review menampilan 10 terobosan teknologi. Teknologi dianggap merupakan terobosan saat penggunaannya meningkatkan kekuatan pemakainya. Misalnya, teknologi dengan desain intuitif sehingga mudah digunakan tanpa berat dipelajari; atau teknologi yang memungkinkan manusia dengan kerusakan otak untuk memiliki kembali memori yang baik. Salah satu yang dianggap merupakan terobosan adalah “Deep Learning”. Aku memutuskan untuk tak menerjemahkan istilah ini dulu, agar nuansanya tak tergeser oleh penerjemahan.

Juli tahun lalu, Ray Kurzweil menemui Larry Page. Sebagai pionir dalam bidang teknologi kecerdasan, Kurzweil menyampaikan bahwa ia berminat mengembangkan satu gagasan tentang pengembangan komputer yang memiliki kecerdasan alami. Komputer itu diharapkan mampu memahami bahasa, menyimpulkan tata logika, hingga mengambil keputusan. Menurutnya, upaya semacam ini memerlukan kumpulan data dan kekuatan komputasi berskala Google. Page mencoba menyanggupi permintaan Kurzweil, namun tidak sebagai perusahaan yang terpisah. Maka Kurzweil diminta bergabung dengan Google. Kurzweil masuk ke Google awal tahun ini sebagai Director of Engineering. Di sini, Kurzweil mendalami software Deep Learning.

Software ini meniru aktivitas lapisan neuron di neocortex, tempat 80% aktivitas pikiran dilakukan. Dengan ini, software ini mengenali pola dalam representasi digital dari suara, gambar, dan data lain. Ide ini tidak baru. Tapi pengembangan teknologi dan formulasi matematika baru membuat proses ini lebih dimungkinkan pada saat ini. Google menggunakan teknologi ini untuk berbagai hal, dari mengenali gambar kucing dari video-video Youtube (tanpa dibekali informasi tentang kriterianya), memperbaiki kualitas pengenalan suara di Android (yang membuatnya lebih baik daripada Siri dari Apple). Di luar itu, tim kecil dari Merck menggunakannya untuk mengenali molekul-molekul untuk merancang obat-obat terbaru.

Pengembangan di luar urusan speech dan image memerlukan terobosan software yang lebih konseptual. Deep Learning mengambil manfaat bukan saja dari besarnya data yang disimpan Google, tetapi juga oleh metode pemisahan pekerjaan komputasi yang telah ada; sehingga proses dapat berjalan jauh lebih cepat.

Namun proses ini masih menuai kritik. Jeff Hawkins, pendiri Palm Computing, menyampaikan bahwa Deep Learning tak cakap mengenali konsep waktu. Otak manusia mengolah aliran data sensor, dan manusia belajar dengan kemampuannya mengenali pola yang berurut menurut waktu. Kita mengenali gerakan, bukan serial gambar.

Kurzweil sendiri tengah merancang “cybernetic friend” yang memahami perbincangan telefon, email, dan kebiasaan kita. Mirip yang sering aku kuliahkan tentang context-aware applications itu lah :). Si teman akhirnya harus memahami kebutuhan kita, bahkan sebelum kita memintanya. Dalam kuliah2, aku mengusilinya dengan menciptakan istilah “wise terminal” sebagai masa depan dari “smart terminal” :p. Namun Kurzweil juga menginginkan komputer memahami bahasa alami, termasuk soal ketaksaan (ambiguity) di dalamnya. Tentu komunikasi dan informasi bersifat sangat kontekstual. Diperlukan informasi semacam common-sense bersama. Sebentar, aku akan perlu bacakan Borges atau Kundera dulu, atau setidaknya Rusell, untuk mereka yang mencoba mengandaikan hal ini bisa diwujudkan. Tapi, untuk permulaan, Kurzweil mencoba menggunakan Knowledge Graph, yaitu katalog milik Google yang berisi 700 juta topik, lokasi, orang, plus miliaran relasi antar data itu.

Deep Learning dan prakarsa AI lainnya; plus Internet of Things, context-awareness (di konten, aplikasi, network), kini tengah menyiapkan revolusi budaya berikutnya dalam masyarakat global. Revolusi Internet 2.0 memindah kendali informasi, dari yang sebelumnya nyaris terpusat, menjadi tersebar, milik publik sebagai individu-individu; menguatkan governance ala Foucault atau bahkan mengingatkan pada lagu l’Internationale (wkwkwk). Wisdom of the crowds, biarpun berbeda dengan bentuk yang dibayangkan semula; mashups terus menerus antar informasi, dan sebagainya. Revolusi berikutnya akan merupakan integrasi yang lebih besar antara kehidupan berbasis karbon yang kini terus menguat di Internet 2.0, dan kehidupan berbasis silikon, dari berbagai proses komputasi yang kian besar, kian mandiri, dan kian mengambil peran.

Sudah siap melompat sekali lagi?

Pauli dan 137

Wolfgang Pauli pernah menyampaikan bahwa andai Tuhan memperkenankannya bertanya satu hal, ia akan bertanya, “Kenapa 1/137?”

Di tahun2 awal, blog ini pernah membahas konstanta struktur halus α. Saat sebuah atom disinari (ditumbuk foton), akan tampil spektra cahaya yang unik menurut jenis atom. Struktur halus (fine structure) adalah struktur dari setiap garis spektrum itu, yang pada gilirannya menunjukkan struktur halus yang membentuk lintas elektron di sekitar atom. Dengan teori Niels Bohr, dapat dihitung level energi dari spektrum ini, yaitu En = -Z²/n² * 2.7·10-11 erg, dengan n bilangan kuantum elektron n, dan Z adalah bilangan atom. Konstanta di belakang setara dengan 2π²me4/h², yang bisa juga dihitung sebagai energi elektron atom hidrogen (Z=1) pada orbit terendah (n=1). Arnold Sommerfeld, mentor Pauli, berusaha merapikan formula ini dengan memasukkan relativitas, yaitu mengkonversikan E = mc². Hasilnya, En,k = -Z²/n² { 1 + (2πe²/hc)² [n/k – 3/4]} * 2.7·10-11 erg. Terdapat bilangan kuantum k yang menunjukkan orbit tambahan untuk elektron. Ini memungkinkan tambahan alternatif lompatan elektron dalam jarak lebih kecil, yang menghasilkan spektrum yang lebih halus. Di luar kurung siku, persamaan itu mirip persamaan Bohr. Namun di dalam kurung siku, tampil sebuah ruas baru, berisi paduan konstanta yang belum pernah tampak sebelumnya: 2πe²/hc atau e²/ℏc.

Sommerfeld menyebut ini sebagai konstanta struktur halus, sebesar α = e²/ℏc, yaitu 0.00729. Arthur Eddington menulisnya sebagai 1/137. Konstanta ini tak memiliki satuan. Artinya, apa pun satuan yang digunakan untuk menghitung kecepatan cahaya, konstanta Planck, muatan elektron dan lain-lain, konversi satuan antara konstanta itu akan saling meniadakan, dan membentuk hasil 1/137. Angka ini menarik, selain karena konstan, juga karena tidak terlalu besar, tapi juga tidak kecil. Seolah turun sebagai wahyu yang mengatur alam dengan sendirinya: 137. Eddington segera memistikkan angka ini, dan menggusarkan banyak ilmuwan lain, termasuk Pauli.

Formula α = e²/ℏc juga menunjukkan seberapa besar sepasang elektron berinteraksi (e kali e di atas konstanta). Pauli penasaran karena belum ada formula, baik dari fisika klasik maupun fisika kuantum, yang menghasilkan muatan elektron. Semua formula mengharuskan muatan elektron dimasukkan dari hasil pengukuran. Konstanta struktrur halus membawa kaitan e terhadap konstanta elementer ℏ dan c; tetapi melalui sebuah konstanta yang tidak diketahui dari mana asalnya. “Bakal keren kalau angka 1/137 ini ketahuan asal usulnya,” tulis Pauli ke Werner Heisenberg tahun 1934.

Mentor Pauli yang lain, Max Born, menulis artikel tentang “Misteri 137” pada 1935, menceritakan bahwa 1/α = 137 ini merupakan kunci pengait relativitas dengan teori kuantum. Dalam artikel itu juga, ia menulis: jika angka ini terlalu besar, materi tak akan tampak beda dengan ketiadaan. Angka 137 adalah sebuah hukum alam itu sendiri, dan seharusnya menjadi titik pusat filsafat alam.

Namun sementara itu, Perang Dunia II memecah Eropa. Einstein, Pauli, lalu Bohr pindah ke Amerika. Born pindah ke UK. Heisenberg tertinggal di Jerman, dan bahkan memimpin kelompok pembangun senjata atom Jerman. Schrödinger berlompatan dalam galau melintasi negeri yang bertikai. Usai Perang Dunia II, baru para ilmuwan kembali memikirkan masalah fundamental.

Pauli-Heisenberg-Fermi

Pauli, Heisenberg, dan Fermi

Pada tahun 1955, Pauli kembali menyebut angka 137. Pada tahun 1957, setelah Pauli kembali ke Swiss, Heisenberg menulis mail ke Pauli bahwa ia sudah mencoba menurunkan formula yang menentukan massa elementer dari partikel. Ia juga sudah melakukan deduksi atas nilai α, dan telah mencapai nilai yang tidak jauh, yaitu 1/250. Memang 250 jauh dari 137, namun 1/250 tidak jauh dari 1/137. Pauli membalasnya pada awal 1958: “Hebat. Si kucing sudah keluar dari tas dan menunjukkan cakarnya: pembagian dari reduksi simetri.” Keduanya pun kembali bekerja sama menyusun paper bersama, via surat, telefon, dan kunjungan langsung; walaupun ada selisih pendapat di antara keduanya. Paper itu rencananya akan dikuliahkan Pauli dalam kunjungannya ke US Januari itu.

Pauli baru memberikan kuliah pada 1 Februari 1958, di Columbia University. Kuliah dihadiri 300 orang, termasuk Bohr, Oppenheimer, Lee, Yang, Wu, dll.  Namun, mirip sebuah karma yang terjadi dari sifat super kritis Pauli pada para fisikawan sejak ia masih muda; pada kuliah ini justru ia dikritisi habis. Saat Pauli menurunkan formulanya di papan tulis, Abraham Pais memprotes: “Professor, partikel ini tidak meluruh dengan cara itu.” Beberapa ilmuwan lain juga menunjukkan beberapa kesalahan lain. Semua mulai melihat: Pauli sang perfeksionis sudah mulai redup. Namun, semangat dari masa Gottingen dan Kopenhagen masih terasa.

Pada satu titik, Bohr dan Pauli memainkan diskusi yang ajaib. Setiap Bohr menyelesaikan proposisi, ia menyebut bahwa teori Pauli yang ini tidak cukup gila. Sedang setiap Pauli memberikan jawaban, ia menyimpulkan bahwa teori ini cukup gila. Begitu terus menerus. Dan hadirin sibuk bertepuk tangan. Belakangan Pauli mengaku pada Yang: “Semakin aku berdebat, semakin turun juga keyakinanku.” Pauli pun menemukan banyak hal yang belum selesai pada formula itu.

Akhir bulan itu, Heisenberg memberikan kuliah tentang paper Pauli dan Heisenberg itu. Press release diterbitkan, menyebutkan bahwa “formula dunia” telah ditemukan, untuk menjelaskan semua perilaku partikel elementer. Berita ini disebarkan ke seluruh dunia, dan menggusarkan Pauli.

Sebagai tanggapan, Pauli berkirim mail ke George Gamow: “Saya tunjukkan bahwa saya bisa menggambar sebagus Titian. Hanya detail teknisnya belum selesai.”

Pauli-Titian

Heisenberg masih berminat meneruskan kerjasama. “Kalau kita membuat paper bersama, pasti jadi tahun 1930 lagi.” Pauli makin sebal. Pada konferensi CERN, kebetulan Heisenberg mempresentasikan Paper, dan kebetulan Pauli jadi session chair. Pauli membuka dengan, “Kita akan mendengar hal yang merupakan substitusi dari ide fundamental. Jangan tertawa ya.” Lalu ia tertawa. Selesai Heisenberg berpresentasi, Pauli membuang papernya. Heisenberg mengganggap Pauli cuma galau setelah dibully balik di US.

Akhir 1958, Pauli mendadak sakit perut. Ia pun dibawah ke Rumah Sakit Palang Merah di Zürich. Charles Enz menjenguknya. Pauli tampak kesal. “Kamu lihat nomor kamarnya?” tanyanya. “Ini kamar 137. Aku gak bakal keluar hidup-hidup dari sini.” Ia meninggal di ruang itu 10 hari kemudian.

Candaan Higgs

Piala Eropa UEFA baru usai dini awal Juli ini. Namun, seolah enggan membiarkan mata dunia lepas dari Eropa, CERN mengelar pra-konferensi pada 4 Juli 2012 untuk menyampaikan kesimpulan awal atas ditemukannya partikel baru pada wilayah energi yang bertepatan dengan dugaan nilai energi Boson Higgs. Aku sendiri mengikuti pra-konferensi itu melalui life web-conference yang memang terbuka untuk publik, sambil mengikuti Rakor Divisi Multimedia di Menara Multimedia Lt 3. Telinga kiri mendengarkan CERN, telinga kanan mendengarkan Rakor, dan mata bergantian menatap ke berbagai layar.

Tentang pencarian Boson Higgs, pernah aku tulis di blog ini. Alamatnya: fk.vc/higgs. Yang disampaikan pada 4 Juli adalah bahwa lab ATLAS secara meyakinkan menemukan partikel baru pada energi 126 GeV, sementara secara terpisah lab CMS secara meyakinkan menemukan partikel itu pada energi 125.3 GeV. Mereka memang tak semerta mengakui menemukan Boson Higgs; namun opini dunia langsung terbawa ke kesimpulan bahwa Boson Higgs telah ditemukan. Stephen Hawking, yang sempat melukai hati Peter Higgs karena mempublikasikan keyakinannya (yang tak didukung eksperimen) bahwa Boson Higgs tidak ada — dan dengan demikian Mekanisme Higgs tidak benar, pun akhirnya mengakui kesalahannya. Dalam waktu singkat, ini jadi arus utama berita dunia — termasuk bagi 99.99% warga dunia yang belum juga paham apa itu Mekanisme Higgs. Twitter justru dipenuhi kicauan bahwa penemuan terbesar dalam 50 tahun terakhir ini dipublikasikan ke dunia menggunakan font MS Comic Sans nan tak ada elok2nya itu. Padahal, wkwk, font itu sebenarnya dipilih untuk menunjukkan gaya berdiskusi para fisikawan yang masih suka mencoret2 dengan tulisan tangan yang kasar dan bergaya buruk, tapi diusahakan tetap bisa dibaca.

Sambil menunggu beberapa minggu/bulan/tahun hingga CERN dan pihak-pihak lain dapat memastikan bahwa memang partikel yang ditemukan pada 125-126 GeV itu adalah Boson Higgs; dan aku sudah pernah menulis tentang Higgs dengan gaya agak serius; mungkin aku sedikit bahas candaan masyarakat tentang Boson Higgs sajah.

Salah satu candaan paling awal menceritakan Boson Higgs datang ke Gereja Katolik. Sang pendeta bertanya, “What are you doing here?” dan dijawab Boson Higgs, “You can’t have mass without me.” Mungkin itu salah satu sebab partikel ini disebut2 kaum awam sebagai partikel tuhan.

Tapi versi lain menyebutkan bahwa Boson Higgs disebut sebagai partikel tuhan karena ia diyakini ada tapi tak dapat dilihat atau dibuktikan secara fisika. Namun artinya seharusnya julukan ini tak dapat digunakan lagi saat Boson Higgs dibuktikan ada secara fisika.

Versi lain menyiratkan, saat pembuktian Boson Higgs masih tak dimungkinkan, bahwa partikel ini memang salah satu yang ditabiri tuhan agar manusia tak mungkin melihat momen2 penciptaan. Tabir2 lain adalah Ketidakpastian Heisenberg yang tak memungkinkan manusia mengamati secara presisi interaksi pada skala sangat kecil yang justru amat esensial untuk memahami interaksi materi dan energi; Horison Peristiwa yang tak memungkinkan manusia mengamati apa yang terjadi di dalam Lubang Hitam; dan Waktu Planck yang tak memungkinkan manusia mengamati hukum fisika yang terjadi pada saat semesta baru terbentuk. Tapi, sekali lagi, pengangkatan tabir dari Boson Higgs seharusnya menghapuskan statusnya sebagai partikel tuhan juga.

Versi entah dari mana adalah bahwa seperti tuhan yang selalu menyayangi kaum lemah, maka Boson Higgs hanya berinteraksi dengan mereka yang memiliki kelemahan, i.e. interaksi nuklir lemah. Kita tahu, Mekanisme Higgs bekerja pada Boson W dan Z (Boson Lemah) serta akibatnya pada fermion, yaitu kuark dan lepton. Akibatnya kuark dan lepton memiliki massa, sementara boson seperti foton (cahaya) tidak memiliki massa.

Tapi memang, mudah2an penyebutan Boson Higgs sebagai partikel tuhan atau nama2 sejenis bisa mulai dihentikan. Memang ini partikel misterus, yang penemuannya diharapkan bisa melengkapi dan menjelaskan asal-usul semesta. Tapi ini adalah partikel, titik.

Lalu Boson Higgs mendatangi teman-temannya dengan muram. “Kenapa sih mukamu kusut? Kayak lagi dibebani berat seluruh semesta,” kata rekan-rekannya. “Memang,” kata Boson Higgs.

“Boson Higgs sedang jadi primadona dunia, yang disebut di mana-mana. Padahal dalam metafora, justru ia digambarkan sebagai khalayak yang mengerumuni selebrity (misalnya lepton) dan membuat mereka sulit bergerak, lembam. Itu adalah metafora terbentuknya massa. Ketertarikan khalayak dipengaruhi keterkenalan si selebrity, dan menentukan kelembaman/massa setiap partikel.”

Seorang astrofisikawan menulis ide yang lebih menarik. “Kita sekarang harus mencari partikel Anti-Higgs,” tulisnya, “Buat menurunkan berat badan.”

Internetworking Indonesia, Fall 2011

Seperti yang beberapa minggu lalu aku kicaukan di Twitter, Internetworking Indonesia Journal edisi Musim Gugur / Musim Dingin 2011 telah terbit. Kali ini ia merupakan terbitan khusus, bertajuk Special Issue on Social Implications of ICTs in the Indonesian Context. Ada beberapa hal yang istimewa pada terbitan ini. Pertama, kali ini (dan mudah-mudahan untuk seterusnya) semua paper telah ditulis dalam Bahasa Inggris. Memang IIJ bersifat dwibahasa, dan memperkenankan paper ditulis dalam Bahasa Indonesia dan Bahasa Inggris. Namun kita tentu paham bahwa paper dalam Bahasa Inggris akan memiliki jangkauan pembaca yang jauh lebih luas. Kedua, edisi kali ini membahas topik yang diminati banyak kalangan, dari para peneliti, pengamat amatir, hobby-ist, pebisnis, dan developer, yaitu Media Sosial.

Editor tamu pada edisi ini adalah Prof. Merlyna Lim dari Arizona State University dan Dr. Yanuar Nugroho dari University of Manchester. Keduanya kebetulan secara personal pernah berinteraksi denganku, dan lucunya lebih banyak dalam konteks keseriusan yang bersalut candaan.

Paper pada edisi ini meliputi:

  • Guest Editors’ Introduction, by Merlyna Lim and Yanuar Nugroho
  • Cyber Taman Mini Indonesia Indah: Ethnicity and Imagination in Blogging Culture, by Endah Triastuti and Inaya Rakhmani
  • An assessment of Mobile Broadband Access in Indonesia: a Demand or Supply Problem?  by Ibrahim Kholilul Rohman and Erik Bohlin
  • The Internet and the Public Sphere in Indonesia’s New Democracy: a Study of Politikana.com, by Agustina Wayansari
  • The Experience of NGOs in Indonesia to Develop Participatory Democracy by the Use of the Internet, by Yohanes Widodo
  • The Role of Local e-Government in Bureaucratic Reform in Terong, Bantul District, Yogyakarta Province, Indonesia, by Ambar Sari Dewi

Sila kunjungi situs edisi ini, atau langsung download jurnal online ini secara gratis pada link-link ini:

Mencari Boson Higgs

Tanggal 30 Maret 2010, blog ini menyambut berhasilnya kolisi perdana di LHC. Waktu itu disebutkan: CERN akan menjalankan LHC selama 18-24 untuk menyiapkan data bagi riset-riset fisika partikel. Tujuannya tak lain dari meninjau kembali Standard Model yang menjadi dasar ilmu fisika beberapa dasawarsa terakhir. Yang konon paling banyak dicari adalah jejak dari boson Higgs yang diharapkan bakal membuka tabir misteri gravitasi. Kini masa 24 bulan hampir berhasil. Banyak data yang telah diolah, dan sebagian dipublikasikan di situs CERN. Boson Higgs berstatus sangat mungkin tampil, namun memerlukan lebih banyak pengolahan informasi dan diskusi untuk menginterpretasi triliunan butir data yang telah diperoleh dari kolisi proton di dalam LHC. Kolisi berenergi 7 TeV itu sebenarnya belum merupakan kapasitas penuh LHC. Target 14 TeV baru diperoleh beberapa tahun lagi. Namun sebenarnya, apa sih yang diributkan dari Boson Higgs?

Tepat 5 tahun lalu, 26 Desember 2006, blog ini membahas tentang partikel W+, W-, dan Z, yang menyebutkan Mekanisme Higgs. Mekanisme Higgs ini menarik, karena ia menjelaskan bagaimana materi dapat memiliki massa. Sebenarnya tidak ada alasan dalam Model Standar (Standard Model) yang menjelaskan bahwa partikel2, baik boson maupun fermion dapat memiliki massa. Untuk mengingatkan, boson adalah partikel yang mengikuti statistika Bose-Einstein, memikili spin bilangan bulat, dan membawa gaya-gaya interaksi, seperti elektromagnetika (foton), gaya nuklir lemah (W+, W-, Z), dan gaya nuklir kuat; sementara fermion, yang mengikuti statistika Fermi-Dirac, adalah partikel seperti kuark dan lepton yang membentuk materi, dengan spin bilangan pecah (±1/2, ±3/2, dll). Tapi kita bisa mengukur bahwa massa itu ada, dan bahwa setiap partikel elementer memiliki massa yang unik.

Menurut Model Standar, setiap jenis gaya atau boson terikat oleh sebuah simetri. Simetri ini menjaga hukum2 yang mengikat setiap gaya. Kerja simetri cukup sempurna untuk gaya yang tak melibatkan massa, seperti pada elektromagnetika dan gaya nuklir kuat. Prediksi interaksi gaya pada energi tinggi sangat berhasil dan hanya melibatkan mode yang ada di dunia nyata. Namun boson yang memiliki massa memiliki mode osilasi tambahan. Penerapan simetri pada boson semacam ini akan membuang osilasi tambahan pada boson2 ini, yaitu boson2 nuklir lemah. Tanpa hukum tambahan, boson lemah tak dapat mengikuti simetri Model Standar. Memaksakan simetri pada boson lemah menghasilkan partikel boson tak bermassa, yang tentu berbeda dengan realita.

Fermion, baik kuark atau lepton, dapat memiliki sifat spin kanan atau kiri. Namun fermion tangan kanan dapat dikonversi menjadi tangan kiri dan sebaliknya dengan interaksi yang sama. Namun eksperimen menunjukkan bahwa gaya lemah berlaku berbeda pada fermion tangan kiri daripada fermion tangan kanan. Lebih khusus, pada partikel dengan spin kiri, muatan lemah seolah menghilang. Pelanggaran simetri ini unik, tak terjadi pada interaksi lainnya. Jelas bahwa diperlukan hukum tambahan untuk membuat hukum2 dalam Model Standar tetap konsisten.

Kita akan menamakan muatan yang dibawa oleh energi nuklir lemah (dan boson lemah) ini sebagai muatan lemah; yang dapat diasosiasikan dengan hubungan muatan listrik dengan energi listrik (dan foton). Muatan lemah boleh saja muncul dan menghilang ke dalam ruang hampa, jika ruang hampa dianggap memiliki medan yang disebut Medan Higgs. Medan Higgs membangkitkan dan menyerap muatan lemah. Namun Medan Higgs tak disusun dari partikel, melainkan dari distribusi muatan lemah di seluruh semesta, yang akan menghasilkan atau menyerap muatan lemah di tempat2 dimana nilai medan tidak nol. Medan Higgs hanya berinteraksi dengan partikel yang memiliki muatan lemah, yaitu boson lemah, kuark, dan lepton. Interaksi dengan Medan Higgs menimbulkan perlambatan. Artinya ada kelembaman. Artinya ada massa. Mekanisme ini yang disebut dengan Mekanisme Higgs. Sebagai perbandingan, foton, yang tak berinteraksi dengan Medan Higgs, tak menerima perlambatan, sehingga tak memiliki massa, dan dapat melaju dengan kecepatan cahaya. Tentu saja :).

Ada sebuah ilustrasi menarik yang aku baca beberapa tahun yang lalu. Medan Higgs ini mirip khalayak di sebuah hall. Jika ada tokoh yang buat mereka tak menarik, mereka akan acuh, dan si tokoh kita dapat melewati hall dengan mudah. Namun jika seorang seleb masuk ke hall, khalayak akan mengerumuni sang seleb. Besar kerumunan akan tergantung tingkat popularitas (muatan) sang seleb. Sang seleb harus menggunakan energi lebih besar, dan waktu lebih lama, untuk bisa melewati hall. Kuark top tentu paling populer, sehingga massanya paling besar. Elektron memiliki popularitas kecil. Dan foton tidak populer sama sekali :). Ketidakpopuleran foton memungkinkannya berkelana amat jauh, sementara boson lemah seperti W+, W-, dan Z hanya memiliki jangkauan pendek, berat, dan lamban. Tanpa Higgs, foton sebenarnya mirip Z.

Pada level energi tinggi, atau secara kuantum pada jarak amat dekat, Mekanisme Higgs tak dapat terjadi; sehingga tak dapat dibedakan antara W+, W-, Z, atau foton. Terjadi simetri. Namun pada energi rendah, atau pada jarak yang lebih renggang, Mekanisme Higgs bekerja, meluruhkan simetri, dan boson menunjukkan diri sebagai W+, W-, Z, atau foton. Sebagai sebuah teori, ini sangat menarik dan elegant. Namun, secara eksperimen, Mekanisme Higgs belum terbukti. Dan ini yang diharapkan ditampilkan di LHC: sebuah Boson Higgs.

Boson Higgs adalah bentuk boson dari Medan Higgs. Ini agak mirip hubungan antara foton dengan medan magnet. Kita tahu foton berkait dengan medan magnet, namun kita tak harus mengamati tampilnya foton saat mengamati bekerjanya gaya magnet. Medan Higgs juga dapat bekerja tanpa pernah menampakkan Boson Higgs. Namun, seperti pada elektromagnet, jika kita memberikan usikan pada medan elektromagnet, cahaya (atau foton) dapat terpancar. Para periset ingin membuktikan adanya Medan Higgs dengan menunjukkan adanya Boson Higgs. Usikannya pada Medan Higgs itu dilakukan di LHC.

Boson Higgs diperkirakan memiliki energi (atau massa) tak terlalu besar. Ingat, ia justru tak berinteraksi pada energi tinggi. Diperkirakan massanya di bawah 800 GeV, atau jauh lebih kecil, pada orde 100 GeV. Walau kecil, tetapi ia tak mudah diamati, karena sebelumnya kita tak dapat memiliki piranti untuk mengamati interaksinya. Di LHC sendiri, Boson Higgs diharapkan berinteraksi dengan partikel2 bermassa besar, karena sifatnya yang mudah berinteraksi dengan massa. Namun LHC masih menggunakan partikel ringan, sehingga kemungkinan terdeteksinya Boson Higgs semakin kecil.

Syukur, masih ada beberapa alternatif yang diharapkan mampu menampilkan Boson Higgs. Salah satunya, tumbukan kuark, yang diharapkan dapat membentuk partikel berat, yang kemudian akan luruh sambil memancarkan Boson Higgs. Kemungkinan lain adalah jika kuark memancarkan boson lemah virtual, yang lalu bertumbuhan dan menghasilkan Boson Higgs. Kedua kemungkinan ini, di samping menghasilkan Boson Higgs, menghasilkan partikel lain yang mungkin dapat mengganggu pengamatan. Kemungkinan ketiga adalah jika gluon bertumbukan membentuk kuark top dan anti kuark top, yang dalam waktu singkat akan bertumbukan dan memancarkan Boson Higgs saja.

Kemungkinan semacam itu memang sangat kecil. Namun trilliunan tumbukan yang dilakkan di dalam LHC diharapkan dapat memberikan beberapa hasil eksperimen yang memadai.

Minggu lalu, CERN menyelenggarakan sebuah seminar yang menampilkan hasil-hasil riset di lab ATLAS dan CMS. Disampaikan bahwa riset telah cukup memadai untuk melakukan pencarian Boson Higgs, namun hasilnya belum dapat disebut konklusif. Andai Boson Higgs memang ada dan telah terdeteksi, kemungkinan besar ia memiliki rentang massa 116 – 130 GeV seperti yang tercatat di ATLAS, atau 115-127 GeV yang tercatat di CMS.

Namun masih akan banyak riset lanjutan dan alternatif model untuk memperbaiki Model Standar sebagai bagian dari pengenalan kita terhadap struktur alam, yang semuanya akan didalami dalam waktu-waktu berikutnya. Yuk kita ikuti dengan asik :)

[Credit: Gambar 1 dari situs CERN. Gambar 2 dari Lisa Randall.]

Miraikan

Ada yang sulit dimengerti dari buku Geek Atlas. Saat orang2 Inggris sibuk memasukkan banyak research centre dan science museum di berbagai kota ke dalam buku itu, orang Jepang malah memasukkan tempat shopping semacam Akihabara. Andai aku yang jadi koresponden Jepang, aku akan memasukkan setidaknya Science Museum di Chiyoda, dan The Future Museum di Odaiba. Aku sendiri cuma punya waktu singkat di Tokyo, dan atas rekomendasi seorang rekan hanya memilih mengunjungi Odaiba.

Odaiba sendiri adalah pulau buatan di lepas Teluk Tokyo, dengan posisi seolah melindungi kota Tokyo dari berbagai ancaman dari laut. Pulau ini mulai dibuat di abad ke-19, namun mulai intens digunakan di akhir abad ke-20. Berbeda dengan Tokyo yang amat padat, suasana Odaiba sungguh lapang, dengan banyak ruang kosong, dan instalasi2 raksasa kokoh yang mengisi ruang. Odaiba dihubungkan melalui Jembatan Pelangi ke kota Tokyo. Dari Tokyo, pengunjung dapat menggunakan MRT Yurikamome dari Stasiun Shimbashi. Yurikamome ini agak terpisah dengan sistem metro Tokyo.

Di Odaiba terdapat cukup banyak obyek menarik: dari Aquatic City, pusat telekomunikasi, dan lain-lain. Tapi aku baru menghadiri konferensi mengenai infokom, jadi mungkin tak perlu menambah satu hari lagi untuk telekomunikasi. Dan, sebagai salah satu bekas pengasuh blog Pernik Ilmu, aku memilih Miraikan. Miraikan diinggriskan sebagai The National Museum of Emerging Science and Innovation. Untuk mengunjunginya, kita dapat turun di stasiun Funenokagakukan di Odaiba.

Kebetulan aku mengunjungi Miraikan pada 12 Juni. Ini hari kedua sebuah pameran yang memaparkan pembuatan Tokyo Sky Tree, yaitu proyek pembangunan menara setinggi 634m. Pameran ini dimulai dari sejarah menara2 tertinggi yang dibuat manusia, dari piramida Khufu dan mercusuar Alexandria, Eiffel di abad ke-19, hingga lomba kemegahan tower antar negara tanpa maksud jelas di abad ke-20. Namun menarik untuk menyaksikan berbagai tantangan yang harus dipecahkan untuk membuat tower berketinggian di atas setengah kilometer itu; plus bagaimana mereka harus merekayasa solusinya.

Ke lantai atas, pengunjung disambut Geo-Cosmos yang terkenal itu. Oh, sebelumnya, pengakuan dulu: blog ini dibuat karena mendadak tampak foto Geo-Cosmos dari Miraikan ini di E&T Magazine edisi terakhir :). Ge0-Cosmos ini merupakan miniatur bumi, digantung pada ketinggian 18 meter, dibuat dari kerangka aluminium, dan disaluti lebih dari 10.000 panel OLED yang masing2 berukuran 96×96 mm dengan 1024 pixel berwarna. Ia mensimulasikan kondisi bumi sesuai kebutuhan pengamatan.

Aku berpindah ke ruang inovasi. Di sini ditampilkan bagaimana kreasi sains dan teknologi dibentuk, bagaimana proses eksplorasinya, dan ke mana proses2 semacam itu mungkin membawa kita. Ini divisualkan sebagai lima sungai yang mengalir dari mata air harapan. Lima sungai itu ditampilkan dengan berbagai contoh.

  • Association. Sebagai contoh, komputasi kuantum diciptakan dengan mengasosiasikan sebuah kalkulator pada karakteristik fisika kuantum. Contoh aplikasi komputasi kuantum adalah pencarian visual, misalnya mencari wajah kita dari kumpulan file gambar.
  • Integration. Sebagai contoh adalah lab dalam sebuah chip. Berbagai fungsi yang kompleks dalam lab dimampatkan dalam sebuah chip; dan chip itu dipamerkan mampu menjawab berbagai pertanyaan.
  • Serendipity. Kadang penemuan besar diawali dari kegagalan atau basil yang tak diharapkan dari eksperimen lain. Yang dicontohkan dal am kasus ini adalah plastik konduktif.
  • Mimic. Contohnya, adalah fotosintesis buatan yang meniru fotosintesis alami. Dengan mempelajari mekanisme para alam, tumbuhan, dan makhluk lain, manusia mempelajari cars memecahkan berbagai masalah, seperti masalah lingkungan dan energi.
  • Alternative. Atau pergeseran gagasan. Misalnya, mungkinkah mengubah satu atau dua masalah dari sebuah masalah besar, kemudian memecahkannya?

Uh, cukup lama aku di sini. Aku berpindah secara acak, sambil diam2 mulai merindukan kapucino dingin :). Ini beberapa yang aku kunjungi:

  • Display bagian dalam dari wahana angkasa. Di sini ditampilkan ruang2 dalam ukuran sebenarnya, tempat para astronot hidup selama di angkasa: apa yang mereka makan (makanan instan yang mudah dilunakkan, tetapi cukup beradab), apa saja yang bisa mereka lakukan (membaca, tidur, memasang musik, baca majalah, main game), dan bagaimana mereka melakukannya.

  • Aku lupa ini di bagian mana :). Tapi benda ini membuka mataku tentang bagaimana syaraf bekerja. Di tengah itu cermin. Kita letakkan tangan kiri dan kanan di kayu hijau. Kita tutup mata kiri. Maka mata hanya melihat tangan kanan, dan bayangannya (yang seolah2 jadi tangan kiri). Sekarang, gerakkan tangan kanan saja. Mengejutkan! Syaraf kita memberi tahu bahwa tangan kiri kita bergerak. Padahal jelas tangan kiri kita diam. Mata melihat bayangan tangan kanan bergerak, mengiranya tangan kiri, dan mengirim pesan ke otak, yang kemudian membuat otot tangan kiri kita yakin bahwa ia telah bergerak.

  • Dan ini, namanya Paro. Ia robot berbentuk anak anjing laut. Tapi ia merespons suara dan sentuhan kita, seolah2 ia memang hewan piaraan yang imut dan manja. Ada yang berminat mengadopsi Paro?

  • Berikutnya adalah robot yang meniru gaya reaksi manusia. Mereka menangkap ekspresi, dan dapat memberikan ekspresi simpatik pada suara kita, seperti dengan mengangguk2 atau memberikan gaya dan lain2. Ekspresi semacam ini diyakini merupakan bagian terpadu dari komunikasi dan konversasi masa depan.

  • Wahana laut Shinkai 6500, melakukan eksplorasi jauh di kedalaman laut, di tempat yang tak tertembus sinar mentari.

  • Sisanya, masih cukup panjang dan banyak. Cukup untuk menghabiskan setengah hari. Tapi kadang lupa ambil foto juga. Dan entry blog ini mulai terlalu panjang, haha.

Selesai, kembali ke Tokyo, dan menikmati sore sebuah car-free day di Ginza, sebelum ke Haneda airport untuk kembali ke Jakarta.

%d bloggers like this: