Penemuan Partikel Eksotik Pentaquark
Karena merupakan penemuan baru, nama
partikel yang bermuatan sama dengan positron ini pun masih belum disepakati.
Sebagian fisikawan masih menyebutnya sebagai partikel Z+,
sementara akhir-akhir ini kebanyakan menyatakannya sebagai Theta+ atau partikel
eksotik pentaquark (lima quark). Meski tidak dilarang
oleh Model Standar yang secara resmi dianut oleh semua fisikawan, keberadaan
partikel pentaquark selama ini sulit dideteksi. Namun, kemajuan pesat di dunia
akselerator serta semakin canggihnya detektor partikel saat kini mengakhiri
perburuan partikel yang telah diramalkan sejak sekitar 30 tahun lalu. Penemuan
ini tentu saja memiliki konsekuensi serius pada pandangan umat manusia terhadap
alam semesta, karena selama ini quark yang merupakan bahan dasar penyusun jagad
raya diketahui hanya dapat membentuk partikel sub-atomik dalam kombinasi
dua atau tiga quark saja.
Apakah Quark
Itu?
Semula quark diramalkan oleh Murray
Gell-mann dan George Zweig sebagai partikel fundamental pada tahun 1964. Nama
quark dipilih oleh Gell-Mann. Nama ini muncul dalam novel karya James Joyce
berjudul Finnegan’s Wake pada satu kalimat : “three quarks for Muster
Mark”. Ide ini sangat revolusioner karena memperkenalkan
sub-partikel baru yang bermuatan +2/3 dan -1/3 muatan proton. Namun pada
mulanya ia hanya dianggap sebagai partikel fiksi matematik karena quark tidak
pernah berada dalam keadaan bebas. Quark hanya dapat hidup di dalam
partikel-partikel subatomik seperti proton, netron, atau pion. Gaya kuat yang
mengikat quark di dalam partikel tersebut akan bertambah besar jika kita ingin
mengeluarkannya. Meski demikian, hasil-hasil eksperimen selama hampir 40 tahun
terakhir telah memperlihatkan bahwa keberadaan quark bukan lagi hal yang
mustahil.
Hingga saat ini telah dikenal enam
jenis quark yang diberi nama up, down, strange, charm, bottom, dan top (u, d,
s, c, b dan t). Bersama-sama dengan lepton dan partikel interaksi
(gauge-boson), ke-enam jenis quark tersebut menyusun jagad raya yang kita
tempati ini, termasuk diri kita sendiri. Dua quark yang paling ringan adalah
quark up dan down. Keduanya merupakan konsituen proton dan netron yang
membangun mayoritas isi jagad raya.
Quark jenis ketiga disebut quark
strange (aneh) karena quark ini selalu terdapat pada partikel-partikel yang
memiliki bilangan keanehan seperti kaon dan hyperon.
Pada tahun 1974 di pusat akselerator
linier Stanford (SLAC) ditemukan quark charm di dalam suatu partikel baru yang
disebut Psi. Secara simultan di laboratorium nasional Brookhaven quark jenis
ini ditemukan dalam partikel yang mereka sebut sebagai J. Partikel yang kini
dikenal sebagai partikel J/\Psi ini adalah kombinasi dari quark charm dan
anti-charm (cc).
Quark jenis kelima adalah beauty
atau bottom yang pertama kali teridentifikasi di laboratorium nasional Fermi
(Fermilab) pada tahun 1977. Di tempat yang sama pada tahun 1995 ditemukan
quark jenis terakhir yang diberi nama top atau truth. Jenis ini merupakan quark
yang paling masif, beratnya sekitar 190 kali berat sebuah proton.
Partikel eksotik pentaquark disusun
oleh dua quark up, dua quark down, serta satu quark anti-strange. Kombinasi
uudds ini menghasilkan muatan yang sama dengan muatan proton, namun memiliki
bilangan keanehan satu, serta identik dengan sistem partikel kaon positif dan
netron K+n . Tidaklah mengherankan, jika dalam
publikasi mereka, kolaborasi SPRING-8 menyatakan bahwa penemuan mereka dapat
diterjemahkan sebagai sistem quark uudds atau sistem partikel K+n.
Di laboratorium SPRING-8 partikel
pentaquark diamati melalui rangkaian percobaan sebagai berikut. Seberkas sinar
laser dihamburkan pada berkas elektron yang memiliki energi 8 giga elektronvolt
yang bersirkulasi dalam sebuah sinkrotron. Hamburan ini menghasilkan foton
dengan energi cukup tinggi yang selanjutnya ditumbukkan pada sebuah target
berisi karbon. Hasil dari tumbukan ini adalah kaon bermuatan negatif, proton,
partikel pentaquark yang dalam waktu yang cukup singkat (antara 10 – 20 detik)
akan meluruh menjadi sebuah kaon bermuatan positif dan sebuah netron, serta
sisa-sisa tumbukan lainnya. Semua partikel yang dihasilkan ditangkap oleh
detektor seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Keberadaan partikel pentaquark
ditunjukkan oleh suatu peak (puncak) pada distribusi spektrum massa yang
hilang di dalam proses. Fenomena ini sering dijumpai pada kasus penelitian
partikel resonansi baryon, namun lebar dari peak pada kasus pentaquark jauh
lebih kecil dibandingkan dengan partikel resonansi. Pada kasus pentaquark lebar
peak hanya sekitar 20 mega elektronvolt, sedangkan untuk resonansi baryon dapat
mencapai 500 mega elektronvolt. Konsekuensinya, partikel pentaquark dapat hidup
lebih lama (10 – 20 detik) dibandingkan dengan partikel resonansi baryon
(sekitar 10-10 detik).
Daftar pustaka: http://fisikazone.com/penemuan-partikel-eksotik-pentaquark/
