Fisikawan Mempersempit Misteri Ketidakseimbangan Materi-Antimateri

Peningkatan sensitivitas dari pendekatan mereka ini sangat bisa membatasi beberapa dari berbagai teori tentang ketidakseimbangan materi-antimateri alam semesta.

---

Mengapa ada hal-hal di alam semesta – atau lebih tepatnya, mengapa ada ketidakseimbangan di antara materi dan antimateri – merupakan salah satu misteri yang bertahan lama dalam bidang kosmologi. Sebuah tim peneliti yang bekerja di National Institute of Standards and Technology baru saja menyimpulkan sebuah studi sepanjang 10-tahun mengenai nasib neutron dalam upaya untuk menyelesaikan persoalan ini, yaitu dengan pengukuran yang paling sensitif yang pernah dibuat. Mereka akui bahwa alam semesta telah berhasil menyimpan rahasia untuk sementara waktu, tetapi mereka telah berhasil mempersempit secara signifikan jumlah jawaban yang mungkin.
Meskipun istilah ini sendiri mampu membangkitkan fiksi ilmiah, antimateri sebenarnya hanyalah material biasa – jika dikatakan sangat luar biasa – yang diyakini oleh para kosmolog pernah sekali terbentuk hampir setengah dari substansi alam semesta. Ketika partikel dan antipartikel mereka melakukan kontak, mereka langsung memusnahkan satu sama lain dalam kilatan cahaya. Miliaran tahun yang lalu, sebagian besar materi dan antimateri semuanya lenyap dengan cara ini, meninggalkan sedikit materi yang terendam dalam energi kosmik. Apa yang kita lihat di sekitar kita saat ini, dari bintang-bintang, bebatuan hingga makhluk hidup, terdiri dari sisa materi yang berlebih, sedikit yang selamat dari ketiadaan.

Dua jenis peluruhan neutron menghasilkan antineutrino proton, elektron dan elektron, namun mengusir mereka dalam konfigurasi yang berbeda, Percobaan di NIST tidak mendeteksi adanya ketidakseimbangan, tetapi peningkatan sensitivitas bisa membantu menempatkan batas-batas pada teori yang bersaing tentang ketidakseimbangan materi-antimateri di alam semesta. (Kredit: emiT team)

“Pertanyaannya adalah, mengapa ada kelebihan satu atas yang lainnya sejak awal?” kata Pieter Mumm, seorang ahli fisika di Physical Measurements Lab, NIST. “Ada banyak teori yang mencoba menjelaskan ketidakseimbangan ini, namun tidak ada bukti eksperimental yang menunjukkan bahwa salah satu dari teori-teori itu dapat menjelaskannya. Ini adalah misteri besar pada tingkat pertanyaan mengapa alam semesta ada di sini. Fisika yang berlaku tidak dapat menjelaskannya.”
Sebuah jawaban mungkin bisa ditemukan dengan memeriksa radioaktivitas dalam neutron, yang mengalami peluruhan dalam dua cara yang berbeda, yang dapat dibedakan dengan detektor yang dikonfigurasi secara khusus. Meskipun semua pengamatan sejauh ini selalu menunjukkan bahwa dua cara ini selalu terjadi dengan frekuensi yang sama di alam, namun dengan menemukan sedikit ketidakseimbangan di antara keduanya akan berarti bahwa alam menguntungkan kondisi-kondisi yang akan membuat materi sedikit lebih banyak dari antimateri, menghasilkan alam semesta yang kita kenal.
Mumm bersama rekan-rekannya dari sejumlah institusi menggunakan detektor di Center for Neutron Research milik NIST untuk mengeksplorasi aspek peluruhan neutron dengan sensitivitas yang lebih besar dari yang pernah dilakukan sebelumnya. Untuk saat ini, jawaban yang lebih besar selalu menghindar dari mereka – beberapa tahun pengamatan dan analisis data sekali lagi tidak memunculkan adanya ketidakseimbangan di antara dua jalur peluruhan tersebut. Namun peningkatan sensitivitas dari pendekatan mereka ini sangat bisa membatasi beberapa dari berbagai teori tentang ketidakseimbangan materi-antimateri alam semesta, dan dengan perbaikan detektor ini di masa depan, pendekatan mereka dapat membantu mendesak kemungkinan-kemungkinan dengan jauh lebih dramatis.

Para fisikawan termasuk Pieter Mumm (pada gambar) menggunakan detektor emiT yang mereka bangun di NIST untuk menyelidiki setiap ketidakseimbangan statistik potensial antara dua jenis peluruhan alami neutron. (Kredit: emiT team)

“Kami telah menempatkan kendala-kendala yang sangat ketat pada apa yang bisa dinyatakan teori-teori tersebut,” kata Mumm. “Kami telah memberikan teori sesuatu yang bisa dikerjakan. Dan jika kami bisa berhasil memodifikasi detektor kami ini, kami dapat membayangkan untuk membatasi kelas-kelas besar teori. Ini akan membantu memastikan komunitas fisika tidak terpuruk ke jalan buntu.”
Tim peneliti juga mencakup ilmuwan dari University of Washington, University of Michigan, University of California di Berkeley, University of Notre Dame, Hamilton College dan University of North Carolina di Chapel Hill. Pendanaan diberikan oleh Departemen Energi AS dan National Science Foundation.