9
Jun

Empat ‘Gaya’ Fundamental Pembentuk Alam Semesta

Mudheng dot com – Sebelum Big Bang, tak ada yang disebut dengan waktu (time) atau ruang (space). Peristiwa Big Bang menandai awal ekspansi alam semesta dari singularitas (atau sesuatu yang nyaris mendekati singularitas). Satu titik yang jauh lebih kecil, jauh panas, dan tak terbatas. Semenjak itu, alam semesta telah melewati beberapa era dibedakan oleh perilaku dari force dan partikel. Istilah force sering diartikan sebagai ‘gaya’, yang mana mengacu pada bahasa ‘fisika lama’ pra-Einstein. Dalam fisika modern, apa yang dimaksud sebagai fundamental force adalah interaksi fundamental pembentuk alam semesta, yang terdiri dari; Gravitasi, Elektromagnetik, Weak Nuclear dan Strong Nuclear.

Empat Gaya Fundamental dan Tahap Awal Alam Semesta

Para astrofisikawan berusaha membangun pemahaman mengenai tahap awal alam semesta. Mereka meneliti empat gaya fundamental yang dulu ‘lahir’ setelah big bang, kini menggerakan semua kausalitas alam semesta yang kita tahu, saat ini. Setelah ledakan dahsyat tersebut, mulailah apa yang disebut Planck Era. Pada waktu itu, ekspansi alam semesta awal terjadi 10-43 detik setelah terjadinya big bang.

Tahapan alam semesta

Kemudian datang masa unifikasi, atau yang disebut Grand Unification Era. Berlangsung antara 10-43 detik dan 10-35 detik. Era ini dimulai dengan pemisahan gravitasi dari tiga kekuatan lain dan berakhir dengan pemisahan gaya nuklir kuat dari nuklir lemah dan elektromagnetik.

Alam semesta, setelahnya, memasuki awal Electroweak Era (10-35 sampai 10-10 detik), gaya inti/nuklir kuat dipisahkan dari elektromagnetik dan inti lemah (electroweak), melepaskan sejumlah besar energi dan memicu ekspansi pesat yang istilahnya dikenal sebagai inflasi. Ruang diperluas lebih cepat dari kecepatan cahaya, interaksi dari energi-energi menciptakan partikel elementer seperti foton, gluon, dan quark. Era ini berakhir dengan pemisahan elektromagnetik dari inti lemah.

Antara 10-10 detik dan 0,001 detik, alam semesta memasuki era partikel dasar (Elementary Particle Era), yaitu sebuah “sup partikel” yang mengisi alam semesta. Quark dan antiquark, elektron dan positron, partikel lainnya dan antipartikel terus bertukar massa untuk menghasilkan energi melalui tabrakan materi-antimateri. Hal ini menyebkan alam semesta mendingin, suhu merosot terlalu rendah sehingga tidak dapat menciptakan kembali partikel-partikel foton yang berpasangan, dan terus-menerus musnah. Adanya asimetri antara jumlah (atau mungkin perilaku) dari materi dan antimateri memungkinkan materi mendominasi dan menjadi bahan utama alam semesta. Suhu yang membeku pun memungkinkan gaya nuklir kuat untuk menarik quark bersama untuk membentuk proton dan neutron.

Fusi terus terjadi di Nucleosynthesis Era (0.001 detik – 3 menit), ketika proton dan neutron digabungkan ke dalam inti atom pertama, hidrogen, beberapa di antaranya menyatu menjadi helium dan lithium. Pendinginan suhu terus terjadi sehingga suhu menjadi terlalu rendah untuk terjadinya fusi di Nuclei Era (3 menit – 380.000 tahun). Akan tetapi, proses nukleosintesis Big Bang ini telah menghasilkan alam semesta dengan inti sekitar 75% hidrogen, 25% inti helium, dan sejumlah jejak inti lithium dan deuterium. Plasma inti bermuatan positif dan elektron bebas bermuatan negatif mengisi alam semesta, menjebak foton di tengah-tengahnya.

Adapun Era Atom (380.000 tahun – 1 miliar tahun atau lebih) dimulai pada alam semesta yang telah memuai dan sangat cukup bagi inti nuklir untuk menangkap elektron bebas, mengalami pembentukan atom yang sempurna dan netral. Foton yang telah terjebak sebelumnya akhirnya bergerak bebas melalui ruang, dan alam semesta menjadi transparan untuk pertama kalinya. Foton-foton telah melewati ruang demi ruang dan membentuk latar belakang gelombang mikrokosmik. Ekspansi alam semesta telah mengubah energi foton menjadi cahaya yang memiliki spektrum dengan karakteristik bewarna merah, lantas mengubahnya lagi menjadi gelombang microwave. Latar belakang microwave kosmik ini juga menandai titik terjauh dari waktu yang bisa kita amati. Perbedaan densitas yang tampak pada latar belakang ini memberikan benih untuk pembentukan galaksi. Galaksi pertama terbentuk ketika alam semesta kira-kira berumur 1 miliar tahun. Pada saat itu, alam semesta memasuki era galaksi.

Merinci Empat Gaya Fundamental Alam Semesta

1. Gaya nuklir kuat

Gaya ini merupakan yang terkuat dari keempat lainnya. Gaya ini menjaga neutron dan proton tetap berada pada inti atom. Gaya ini juga menjaga agar quark tetap terikat dalam proton dan neutron. Quark sendiri merupakan partikel elementer yang menciptakan partikel hadron. Kemudian hadron terbagi menjadi dua jenis, yaitu meson dan baryon. Proton dan neutron termasuk jenis baryon. Dalam gaya ini, proton dan neutron telah diatur jaraknya dengan sangat tepat karena jika gaya tersebut sedikit saja lebih lemah maka neutron dan proton akan menjauh dan jika gaya tersebut sedikit lebih kuat maka proton dan neutron akan bertabrakan.

2. Gaya nuklir lemah

Gaya inilah yang ‘bertanggungjawab’ atas keseimbangan proton dan neutron. Saat inti atom mengalami peluruhan radio aktif, inti atom yang tidak stabil dapat memancarkan radiasi berbahaya. Gaya ini lebih lemah dibandingkan elektromagnetis dan nuklir kuat karena perbandinganya adalah adalah 10−11 kali kekuatan gaya elektromagnetik dan 10−13 kali gaya nuklir kuat. Salah satu efek dari gaya ini adalah peluruhan beta.

3. Elektromagnetik

Gaya ini diakibatkan oleh medan elektromagnetik terhadap partikel-partikel bermuatan listrik. Gaya ini mengakibatkan partikel yang bermuatan berlawanan saling tarik-menarik dan membuat partikel yang bermuatan sama saling menolak. Gaya ini menjaga agar elektron dan proton tetap bersama dalam atom lalu menjaga atom-atom agar tetap bersama dalam molekul.

4. Gravitasi

Gaya ini menyebabkan tarik-menarik antara partikel bermassa. Fisika modern mendeskripsikan gaya ini dengan teori relativitas umum Einstein dan teori gravitasi universal Newton. Teori milik newton lebih sederhana dan dalam beberapa kasus cukup akurat. Gravitasi memberi efek yang sangat besar bagi alam semesta seperti gravitasi matahari yang menjaga agar benda langit yang mengitarinya tetap pada orbitnya. Gaya yang paling kuat adalah nuklir kuat dan yang terlemah adalah gravitasi.

gaya fundamental

Kemungkinan Adanya Gaya Kelima

Temuan terbaru yang menunjukkan kemungkinan penemuan partikel subatomik yang sebelumnya tidak diketahui dapat menjadi bukti adanya gaya fundamental kelima, menurut sebuah makalah dalam jurnal Physical Review Letters oleh fisikawan teoritis di University of California (UCI), Irvine.

“Jika benar, ini revolusioner,” kata Jonathan Feng, profesor Fisika dan Astronomi. “Selama beberapa dekade, kita telah mengetahui empat kekuatan fundamental: gravitasi, elektromagnetisme, dan kekuatan nuklir yang kuat dan lemah. Jika dikonfirmasi oleh eksperimen lebih lanjut, penemuan kekuatan kelima yang mungkin akan mengubah pemahaman kita tentang alam semesta, dengan konsekuensi untuk Penyatuan kekuatan dan materi gelap.”

Peneliti UCI telah melakukan riset sejak pertengahan tahun 2015 oleh fisikawan nuklir eksperimental di Akademi Ilmu Pengetahuan Hungaria mengenai “dark photons,” partikel yang akan menandakan materi gelap yang tak terlihat, yang menurut banyak fisikawan merupakan sekitar 85 persen massa alam semesta. Penelitian menemukan anomali peluruhan radioaktif yang menunjukkan adanya partikel ringan yang hanya 30 kali lebih berat daripada elektron.

“Para penguji coba tidak dapat mengklaim bahwa itu adalah force baru (baca: gaya fundamental kelima),” kata Feng. “Mereka hanya melihat lebih banyak kejadian yang mengindikasikan partikel baru, tapi tidak jelas bagi mereka apakah itu partikel materi atau partikel force.”

Kelompok peneliti UCI mempelajari data para peneliti Hungaria dan juga eksperimen sebelumnya di bidang ini dan menunjukkan bahwa bukti tersebut masih belum dapat disimpulkan, apakah itu partikel materi dan foton gelap. Bagaimanapun juga, mereka mengajukan sebuah teori baru yang mensintesis semua data yang ada dan menentukan bahwa, penemuan tersebut dapat mengindikasikan gaya fundamental kelima. Analisis awal mereka diterbitkan pada akhir April di server publik online arXiv, dan sebuah makalah lanjutan yang memperkuat kesimpulan dari karya pertama.

Yang menarik dari penelitian tersebut bagi Feng adalah adanya kemungkinan potensi force kelima yang bergabung dengan gaya elektromagnetik, nukler kuat, dan nukler lemah, sebagai manifestasi dari salah satu gaya yang lebih dahsyat dan lebih fundamental.


Referensi:

http://science.howstuffworks.com

http://www.skyandtelescope.com/

http://en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe

https://phys.org/

Tag: , , , , , ,

There are no comments yet

Why not be the first

Tinggalkan Komentarmu

%d blogger menyukai ini: