Misteri Neutrino Hebat Bisa Menunjukkan Partikel yang Hilang
Science

Misteri Neutrino Hebat Bisa Menunjukkan Partikel yang Hilang

Pada tahun 1993, dalam bawah tanah di Laboratorium Nasional Los Alamos di New Mexico, beberapa kilatan cahaya di dalam tangki minyak seukuran bus memulai sebuah cerita detektif yang belum mencapai kesimpulannya.

Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) sedang mencari semburan radiasi yang diciptakan oleh neutrino, partikel paling ringan dan paling sulit dipahami dari semua partikel elementer yang diketahui. “Sangat mengherankan kami, itulah yang kami lihat,” kata Bill Louis, salah satu pemimpin eksperimen.

Masalahnya adalah mereka melihat terlalu banyak. Para ahli teori telah mendalilkan bahwa neutrino mungkin berosilasi di antara jenis-jenis saat mereka terbang—sebuah hipotesis yang menjelaskan berbagai pengamatan astronomi. LSND telah mulai menguji ide ini dengan mengarahkan seberkas neutrino muon, salah satu dari tiga jenis yang diketahui, menuju tangki minyak, dan menghitung jumlah neutrino elektron yang tiba di sana. Namun Louis dan timnya mendeteksi lebih banyak neutrino elektron yang tiba di tangki daripada yang diprediksi oleh teori sederhana tentang osilasi neutrino.

Sejak itu, lusinan eksperimen neutrino telah dibuat, masing-masing lebih hebat dari yang terakhir. Di pegunungan, gua pertambangan bekas, dan es di bawah Kutub Selatan, fisikawan telah mendirikan katedral untuk partikel yang terkenal licin ini. Tetapi ketika percobaan ini menyelidiki neutrino dari setiap sudut, mereka terus menghasilkan gambar yang bertentangan tentang bagaimana partikel berperilaku. “Plotnya terus menebal,” kata Louis.

“Ini cerita yang sangat membingungkan. Saya menyebutnya Taman Jalur Forking,” kata Carlos Argüelles-Delgado, fisikawan neutrino di Universitas Harvard. Dalam cerita pendek Jorge Luis Borges tahun 1941 dengan judul itu, waktu bercabang menjadi kemungkinan masa depan yang tak terbatas. Dengan neutrino, hasil yang kontradiktif telah mengirim para ahli teori ke berbagai jalur, tidak yakin data mana yang dipercaya dan mana yang mungkin menyesatkan mereka. “Seperti cerita detektif lainnya, terkadang Anda melihat petunjuk dan mengarahkan Anda ke arah yang salah,” kata Argüelles-Delgado.

Pada tahun 1993, Liquid Scintillator Neutrino Detector di Los Alamos National Laboratory melaporkan penemuan neutrino yang membingungkan. Rick Bolton, seorang insinyur, ditampilkan berlutut di antara tabung photomultiplier yang akan mendeteksi cahaya dari interaksi neutrino di dalam tangki setelah diisi dengan minyak mineral.Courtesy of Los Alamos National Laboratory

Penjelasan paling sederhana dari anomali LSND adalah adanya jenis neutrino baru keempat, yang disebut neutrino steril, yang mencampur semua jenis neutrino menurut aturan baru. Neutrino steril akan memungkinkan neutrino muon berosilasi lebih mudah menjadi neutrino elektron dalam jarak pendek ke tangki minyak.

Namun seiring berjalannya waktu, neutrino steril tidak sesuai dengan hasil eksperimen lain. “Kami memiliki teori juara kami, tetapi masalahnya adalah bahwa di tempat lain itu gagal total,” kata Argüelles-Delgado. “Kami sangat jauh di dalam hutan, dan kami harus keluar.”

Dipaksa untuk menelusuri kembali langkah mereka, fisikawan telah memikirkan kembali apa yang ada di balik kekacauan petunjuk dan setengah hasil. Dalam beberapa tahun terakhir, mereka telah menemukan teori-teori baru yang lebih rumit daripada neutrino steril, tetapi yang, jika benar, akan merevolusi fisika secara menyeluruh—menyelesaikan anomali dalam data osilasi neutrino dan misteri utama fisika lainnya pada saat yang bersamaan. Paling tidak, model-model baru menempatkan neutrino tambahan berat yang dapat menjelaskan materi gelap, hal-hal tak terlihat yang menyelubungi galaksi yang tampaknya empat kali lebih banyak daripada materi normal.

Sekarang, empat analisis yang dirilis kemarin oleh eksperimen MicroBooNE di Fermi National Accelerator Laboratory dekat Chicago dan studi terbaru lainnya dari detektor IceCube di Kutub Selatan, keduanya menunjukkan bahwa teori neutrino yang lebih kompleks ini mungkin berada di jalur yang benar—meskipun masa depan masih jauh. dari jelas.

“Saya merasa seperti ada sesuatu di udara,” kata Argüelles-Delgado. “Ini adalah lingkungan yang sangat tegang yang mengarah pada penemuan.”

Obat Putus asa

Ketika Wolfgang Pauli mendalilkan keberadaan neutrino pada tahun 1930 untuk menjelaskan ke mana energi menghilang selama peluruhan radioaktif, ia menyebutnya sebagai “obat putus asa.” Konstruksi teoretisnya tidak memiliki massa atau muatan listrik, membuatnya ragu sebuah eksperimen dapat mendeteksinya. “Itu adalah sesuatu yang tidak boleh dilakukan oleh ahli teori,” tulisnya dalam jurnalnya saat itu. Tetapi pada tahun 1956, dalam percobaan yang tidak berbeda dengan LSND, di sanalah neutrino berada.

Triumph segera berubah menjadi kebingungan ketika fisikawan mendeteksi neutrino yang berasal dari matahari, sumber alami partikel, dan menemukan kurang dari setengah jumlah yang diprediksi oleh model teoritis reaksi nuklir bintang. Pada 1990-an, jelas bahwa neutrino berperilaku aneh. Tidak hanya neutrino surya yang tampaknya menghilang secara misterius, tetapi juga neutrino yang jatuh ke Bumi ketika sinar kosmik bertabrakan dengan atmosfer bagian atas.

Posted By : totobet