Tag: Higgs

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 [klik di sini]. 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.”

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.]

© 2024 Kuncoro++

Theme by Anders NorénUp ↑