Mengapa kita ada? Partikel tak kasat mata yang melewati tubuh kita bisa memecahkan misteri terbesar

CINCINNATI — Setiap detik, triliunan partikel tak kasat mata melewati tubuh Anda dengan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya. Para penjelajah hantu ini, yang disebut neutrino, mungkin memegang kunci dari beberapa pertanyaan terbesar sains – termasuk mengapa kita ada. Kini, tim ilmuwan global telah memetakan rencana ambisius selama satu dekade untuk mengungkap rahasia mereka.

“Ini mungkin tidak membuat perbedaan dalam kehidupan sehari-hari Anda, tapi kami mencoba memahami mengapa kami ada di sini,” jelas Alexandre Sousa, seorang profesor fisika di Universitas Cincinnati dan salah satu editor buku putih tersebut, dalam sebuah pernyataan. “Neutrino tampaknya memegang kunci untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang sangat mendalam ini.”

Partikel-partikel misterius ini lahir di berbagai wadah kosmik: fusi nuklir yang menggerakkan matahari kita, peluruhan radioaktif di kerak bumi dan reaktor nuklir, serta laboratorium khusus akselerator partikel. Saat mereka meluncur melintasi ruang angkasa, neutrino dapat berubah bentuk antara tiga “rasa” yang berbeda – elektron, muon, dan tau neutrino.

Namun, selama lebih dari dua dekade, sesuatu yang aneh telah terjadi dalam eksperimen neutrino, membuat para fisikawan bingung. Beberapa penelitian besar telah mengamati pola yang tidak sesuai dengan pemahaman kita saat ini tentang bagaimana seharusnya partikel-partikel ini berperilaku.

Teka-teki paling terkenal muncul dari eksperimen Detektor Neutrino Scintillator Cair (LSND) di Laboratorium Nasional Los Alamos, yang mendeteksi lebih banyak antineutrino elektron daripada perkiraan teori mereka. Kelebihan tak terduga ini kemudian didukung oleh temuan serupa pada eksperimen MiniBooNE Fermilab. Sementara itu, pengukuran neutrino dari reaktor nuklir dan sumber radioaktif secara konsisten menunjukkan antineutrino elektron lebih sedikit dari yang diperkirakan.

Anomali ini telah mengarahkan para ilmuwan untuk mengajukan kemungkinan yang menarik: mungkin ada jenis neutrino keempat, yang dijuluki “steril” karena tampaknya kebal terhadap tiga dari empat kekuatan fundamental alam.

“Secara teoritis, ia berinteraksi dengan gravitasi, tetapi tidak ada interaksi dengan yang lain, yaitu gaya nuklir lemah, gaya nuklir kuat, atau gaya elektromagnetik,” jelas Sousa.

Namun, menyatukan semua data eksperimen ke dalam gambaran yang koheren terbukti sulit. Beberapa hasil tampaknya bertentangan dengan hasil lainnya, dan pengamatan terhadap alam semesta awal memberikan batasan ketat pada jenis neutrino tambahan. Hal ini mendorong para ahli teori untuk mempertimbangkan penjelasan yang lebih eksotik, mulai dari gaya yang tidak diketahui, peluruhan partikel, hingga efek kuantum yang belum kita pahami.

Untuk memecahkan misteri ini, fisikawan mengerahkan segudang eksperimen baru yang canggih. Salah satu yang paling ambisius adalah DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) di Fermilab. Tim telah menggali gua-gua di bekas tambang emas 5.000 kaki di bawah tanah – begitu dalam sehingga hanya membutuhkan waktu 10 menit untuk mencapainya dengan lift – untuk menampung detektor neutrino besar yang terlindung dari sinar kosmik dan radiasi latar belakang.

“Dengan dua modul detektor dan pancaran neutrino terkuat yang pernah ada, kita dapat melakukan banyak penelitian ilmiah,” kata Sousa. “DUNE hadir secara online akan sangat menarik. Ini akan menjadi eksperimen neutrino terbaik yang pernah ada.”

Proyek besar lainnya yang disebut Hyper-Kamiokande sedang dibangun di Jepang.

“Ini akan memberikan hasil yang sangat menarik, terutama jika Anda menggabungkannya dengan DUNE,” kata Sousa. “Gabungan kedua eksperimen ini akan sangat memajukan pengetahuan kita.”

Menurut penelitian yang dipublikasikan di Jurnal Fisika G Fisika Nuklir dan Partikeltaruhannya sangat tinggi. Selain berpotensi menemukan partikel atau gaya fundamental baru, penelitian neutrino mungkin bisa membantu menjelaskan salah satu misteri terbesar alam semesta: mengapa terdapat lebih banyak materi daripada antimateri padahal Big Bang seharusnya menciptakan keduanya dalam jumlah yang sama. Asimetri inilah yang menjadi alasan keberadaan galaksi, planet, dan kita sendiri.

Peta jalan baru untuk penelitian neutrino mewakili upaya kolaboratif yang luar biasa, yang mempertemukan lebih dari 170 ilmuwan dari 118 institusi di seluruh dunia. Visi mereka akan membantu memandu keputusan pendanaan untuk proyek ambisius ini melalui Panel Prioritas Proyek Fisika Partikel pemerintah AS.

Ketika para peneliti menjelajah lebih jauh ke dalam dekade penemuan mendatang, partikel-partikel halus ini terus mengejutkan dan membingungkan kita – sama seperti ketika Wolfgang Pauli pertama kali mengusulkan keberadaan mereka pada tahun 1930. Mungkin dalam waktu dekat, melalui gabungan kekuatan teknologi modern dan kerja sama ilmiah global, neutrino pada akhirnya akan mengungkap sifat keseluruhannya dan membantu kita memahami tidak hanya skala fisika terkecil tetapi juga misteri terbesar keberadaan kosmik kita.