Kuark
 |
| 6 buah partikel quark (bagian kiri atas yang berwarna violet) dalam model standa |
Fisika Nuklir
Fisika Nuklir
Gaya Nuklir
Diagram Feynman interaksi
kuatproton-neutron
yang diperantarai oleh pion
netral. Waktu berjalan dari kiri ke kanan.
Gaya nuklir (atau interaksi nukleon-nukleon atau gaya kuat
residual) adalah gaya antara dua atau lebih nukleon.
Gaya ini bertanggung jawab atas ikatan proton dan neutron menjadi inti atom.
Gaya ini dapat dipahami sebagai pertukaran meson ringan virtual,
seperti pion.
Kadang-kadang gaya nuklir disebut sebagai gaya kuat residual,
dibandingkan dengan interaksi kuat lainnya yang saat ini dipahami sebagai
akibat kromodinamika kuantum ( quantum chromodynamics, atau biasa
disingkat QCD). Peristilahan ini muncul pada dasawarsa 1970-an saat QCD sedang
dikembangkan. Sebelum masa itu gaya kuat nuklir merujuk pada potensial
internukleon. Setelah model quark diverifikasi, interaksi
kuat diartikan sebagai QCD.
Karena nukleon tidak punya muatan warna, gaya nuklir
tidak langsung melibatkan pembawa gaya QCD, yaitu gluon. Namun, seperti atom
yang bermuatan netral (yang terdiri dari partikel bermuatan listrik yang saling
menetralkan) saling menarik satu sama lain melalui efek orde kedua dari polarisasi listrik, maka
analoginya nukleon yang bermuatan warna netral dapat menarik satu sama lain
melalui sejenis polarisasi yang membolehkan efek yang dihantarkan gluon dibawa
dari satu nukleon berwarna netral ke nukleon lainnya, lewat meson virtual yang
menghantarkan gaya tersebut yang juga disatukan oleh gluon virtual. Sifat yang
mirip dengan gaya van der Waals inilah yang menyebabkan
timbulnya istilah 'residual' pada istilah "gaya kuat residual".
Gagasan dasarnya adalah meskipun nukleon berwarna netral, seperti atom juga bermuatan
netral, di dalam kedua kasus efek polarisasi yang ada antara dua partikel
netral memungkinkan efek muatan "residual" untuk mengakibatkan gaya
tarik-menarik antara dua partikel tidak bermuatan, meskipun jauh lebih lemah
dan tidak langsung dibandingkan gaya dasar yang beraksi di dalam partikel
tersebut. [1]
Eksperimen Terbesar Sepanjang Sejarah yang Dikhawatirkan Picu Lubang Hitam
Mendekati uji coba perdana Large Hadron Collider (LHC) di pusat riset nuklir Eropa (CERN) di perbatasan Prancis-Swiss pada Agustus nanti, ilmuwan Eropa semakin banyak menuai kritik. Baru-baru ini, sejumlah ilmuwan Amerika Serikat (AS) melayangkan keberatan terhadap rencana uji coba itu. Mereka juga menuntut CERN berhenti mengembangkan LHC.
"Laporan keamanan yang dipublikasikan CERN pada 20 Juni lalu mencantumkan beberapa kesalahan yang cukup signifikan," kata Walter L. Wagner, salah seorang ilmuwan AS yang menuntut CERN menghentikan proyek LHC. Pada Rabu (25/6), fisikawan yang juga pengacara itu menyatakan bahwa pengoperasian akselerator partikel terbesar di dunia tersebut terlalu berisiko.
Mewakili Departemen Energi dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Nasional (NSF), Selasa (24/6), Departemen Kehakiman AS mengajukan mosi pembatalan proyek tersebut. Padahal, selama ini, dua lembaga itu ikut menyumbang USD 531 juta (sekitar Rp 4,8 triliun) untuk membangun LHC. Bahkan, NSF sudah sepakat mendanai biaya operasional tahunan LHC yang jumlahnya mencapai USD 87 juta (sekitar Rp 800 miliar).
Saat dioperasikan nanti, energi yang dihasilkan LHC diperkirakan tujuh kali lipat dibandingkan dengan collider lain di Fermilab, dekat Chicago. Kekuatan luar biasa yang dilepaskan LHC itulah yang memantik kekhawatiran para ilmuwan AS. Mereka khawatir energi yang dilepaskan LHC bakal memicu black holes yang mampu menelan bumi.
Namun, kekhawatiran para ilmuwan AS itu ditepis pakar-pakar CERN. "Dunia tidak akan kiamat karena LHC," tegas pimpinan proyek Lyn Evans.
"Laporan keamanan yang dipublikasikan CERN pada 20 Juni lalu mencantumkan beberapa kesalahan yang cukup signifikan," kata Walter L. Wagner, salah seorang ilmuwan AS yang menuntut CERN menghentikan proyek LHC. Pada Rabu (25/6), fisikawan yang juga pengacara itu menyatakan bahwa pengoperasian akselerator partikel terbesar di dunia tersebut terlalu berisiko.
Mewakili Departemen Energi dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Nasional (NSF), Selasa (24/6), Departemen Kehakiman AS mengajukan mosi pembatalan proyek tersebut. Padahal, selama ini, dua lembaga itu ikut menyumbang USD 531 juta (sekitar Rp 4,8 triliun) untuk membangun LHC. Bahkan, NSF sudah sepakat mendanai biaya operasional tahunan LHC yang jumlahnya mencapai USD 87 juta (sekitar Rp 800 miliar).
Saat dioperasikan nanti, energi yang dihasilkan LHC diperkirakan tujuh kali lipat dibandingkan dengan collider lain di Fermilab, dekat Chicago. Kekuatan luar biasa yang dilepaskan LHC itulah yang memantik kekhawatiran para ilmuwan AS. Mereka khawatir energi yang dilepaskan LHC bakal memicu black holes yang mampu menelan bumi.
Namun, kekhawatiran para ilmuwan AS itu ditepis pakar-pakar CERN. "Dunia tidak akan kiamat karena LHC," tegas pimpinan proyek Lyn Evans.
Pernyataan senada dipaparkan David Francis, fisikawan yang bertanggung jawab atas detektor partikel ATLAS pada proyek LHC. Dia hanya tersenyum saat ditanya apakah dirinya mengkhawatirkan black holes dan partikel mematikan yang disebut strangelet yang digambarkan para ilmuwan AS. "Jika saya pikir hal itu akan terjadi, saya pasti sudah pergi dari sini," katanya.
Neutrino mampu melaju melebihi kecepatan cahaya
Para fisikawan European Organization for Nuclear Research (CERN) berhasil mengukur partikel subatom bernama neutrino yang mampu melaju melebihi kecepatan cahaya.
Pernahkah Anda membayangkan apa rasanya bisa bepergian dengan kecepatan cahaya? ‘Perjalanan Superluminal’ merupakan suatu kiasan yang umum dalam dunia sains fiksi. Namun, teori relativitas khusus Einstein melarangnya terjadi di dunia nyata.
Hal tersebut dikarenakan ketika foton bertabrakan maka energi yang dibutuhkan akan tak terhingga. Jadi, entah datanya salah atau anggapan Einstein ini kemudian tidak berlaku bersamaan dengan hampir semua keyakinan fisika modern yang ada.
Bayangkan skenario terakhir yang terjadi. Seperti apa alam semesta tanpa hukum tempat partikel memiliki kendali bebas untuk melesat dari batas kecepatan cahaya? Akan tampak dan terasa seperti apa lingkungan Anda?
Menurut fisikawan senior Michael Ibison dari Institute for Advanced Studi, Austin, Texas, Amerika Serikat (AS), dunia seperti itu akan sangat ‘menyeramkan’. Pertama, tak jelas akan seperti apa ketika Anda melihat cahaya jika Anda melewatinya.
“Membayangkan akan seperti apa dunia ini secara otomatis membuat Anda bertanya-tanya apa yang terjadi pada kemampuan melihat cahaya pada diri Anda,” ujar Ibison yang telah mempelajari kemungkinan partikel superluminal itu.
“Anda akan berjalan ke dalam cahaya yang biasanya melarikan diri dari Anda,” lanjutnya. Menurut dugaan pria ini, untuk menyerap cahaya, manusia harus memancarkannya sendiri. Konsep sebab dan akibat pada aliran waktu dalam satu arah juga akan pecah di dunia superluminal.
Bayangkan mengendarai pesawat ruang angkasa yang terbuat dari neutrino yang lebih cepat dari cahaya meroket menjauh dari Bumi. Siaran TV yang menyiarkan berita harian juga akan memancar ke luar angkasa dan siaran itu melaju dengan kecepatan cahaya.
“Jika Anda menaiki pesawat ruang angkasa neutrino dan pergi keluar angkasa pada kecepatan neutrino, maka Anda bisa mengejar ketinggalan dengan siaran TV dan akan mulai melihat video berita berjalan mundur,” papar Ibison.
Seiring aliran transmisi surut di belakang Anda, aliran akan berjalan mundur pada kecepatan apa pun yang melebihi di atas kecepatan mereka, yakni kecepatan cahaya. Bagaimana jadinya jika diam berdiri dalam semesta dengan kecepatan tak berbatas? Apa yang akan Anda lihat?
Menurut Ibison, situasi ini analog dengan berdiri di permukaan seiring sebuah jet supersonik melintas. Karena jet bergerak melebihi kecepatan suara, Anda akan melihatnya sebelum mendengarnya.
Jika akhirnya terdengar, suara akan berbentuk ledakan sonic, gelombang kejut yang terbentuk akibat suara dari pesawat yang terikat menjadi satu di belakangnya. Serupa, ia berkata, “Jika ada hal yang melaju melebihi kecepatan cahaya, seperti pesawat yang terbuat dari neutrino, Anda tak akan melihatnya hingga hal itu telah melewati Anda”.
Tiap cahaya yang dipancarkan akan mengikuti di belakangnya dan tak akan melihat pesawat neutrino itu hingga menghilang. “Ketika pesawat yang melewati hambatan suara memancarkan ledakan sonik, pesawat superluminal yang melewati kecepatan cahaya akan memancarkan kilatan cahaya,” katanya. Tak ada yang mengatakan dengan pasti skenario ini adalah nyata.
Menurut ahli fisika partikel Tufts University Hugh Gallagher yang bekerja pada percobaan neutrino Minos, hasil CERN harus direplikasi berkali-kali sebelum ia dan rekan-rekannya meninggalkan prinsip relativitas khusus. “Namun, jika hasilnya benar, maka banyak hal yang tak kita pikirkan mungkin tiba-tiba menjadi layak untuk didiskusikan lagi,” tutup Gallagher
Pernahkah Anda membayangkan apa rasanya bisa bepergian dengan kecepatan cahaya? ‘Perjalanan Superluminal’ merupakan suatu kiasan yang umum dalam dunia sains fiksi. Namun, teori relativitas khusus Einstein melarangnya terjadi di dunia nyata.
Hal tersebut dikarenakan ketika foton bertabrakan maka energi yang dibutuhkan akan tak terhingga. Jadi, entah datanya salah atau anggapan Einstein ini kemudian tidak berlaku bersamaan dengan hampir semua keyakinan fisika modern yang ada.
Bayangkan skenario terakhir yang terjadi. Seperti apa alam semesta tanpa hukum tempat partikel memiliki kendali bebas untuk melesat dari batas kecepatan cahaya? Akan tampak dan terasa seperti apa lingkungan Anda?
Menurut fisikawan senior Michael Ibison dari Institute for Advanced Studi, Austin, Texas, Amerika Serikat (AS), dunia seperti itu akan sangat ‘menyeramkan’. Pertama, tak jelas akan seperti apa ketika Anda melihat cahaya jika Anda melewatinya.
“Membayangkan akan seperti apa dunia ini secara otomatis membuat Anda bertanya-tanya apa yang terjadi pada kemampuan melihat cahaya pada diri Anda,” ujar Ibison yang telah mempelajari kemungkinan partikel superluminal itu.
“Anda akan berjalan ke dalam cahaya yang biasanya melarikan diri dari Anda,” lanjutnya. Menurut dugaan pria ini, untuk menyerap cahaya, manusia harus memancarkannya sendiri. Konsep sebab dan akibat pada aliran waktu dalam satu arah juga akan pecah di dunia superluminal.
Bayangkan mengendarai pesawat ruang angkasa yang terbuat dari neutrino yang lebih cepat dari cahaya meroket menjauh dari Bumi. Siaran TV yang menyiarkan berita harian juga akan memancar ke luar angkasa dan siaran itu melaju dengan kecepatan cahaya.
“Jika Anda menaiki pesawat ruang angkasa neutrino dan pergi keluar angkasa pada kecepatan neutrino, maka Anda bisa mengejar ketinggalan dengan siaran TV dan akan mulai melihat video berita berjalan mundur,” papar Ibison.
Seiring aliran transmisi surut di belakang Anda, aliran akan berjalan mundur pada kecepatan apa pun yang melebihi di atas kecepatan mereka, yakni kecepatan cahaya. Bagaimana jadinya jika diam berdiri dalam semesta dengan kecepatan tak berbatas? Apa yang akan Anda lihat?
Menurut Ibison, situasi ini analog dengan berdiri di permukaan seiring sebuah jet supersonik melintas. Karena jet bergerak melebihi kecepatan suara, Anda akan melihatnya sebelum mendengarnya.
Jika akhirnya terdengar, suara akan berbentuk ledakan sonic, gelombang kejut yang terbentuk akibat suara dari pesawat yang terikat menjadi satu di belakangnya. Serupa, ia berkata, “Jika ada hal yang melaju melebihi kecepatan cahaya, seperti pesawat yang terbuat dari neutrino, Anda tak akan melihatnya hingga hal itu telah melewati Anda”.
Tiap cahaya yang dipancarkan akan mengikuti di belakangnya dan tak akan melihat pesawat neutrino itu hingga menghilang. “Ketika pesawat yang melewati hambatan suara memancarkan ledakan sonik, pesawat superluminal yang melewati kecepatan cahaya akan memancarkan kilatan cahaya,” katanya. Tak ada yang mengatakan dengan pasti skenario ini adalah nyata.
Menurut ahli fisika partikel Tufts University Hugh Gallagher yang bekerja pada percobaan neutrino Minos, hasil CERN harus direplikasi berkali-kali sebelum ia dan rekan-rekannya meninggalkan prinsip relativitas khusus. “Namun, jika hasilnya benar, maka banyak hal yang tak kita pikirkan mungkin tiba-tiba menjadi layak untuk didiskusikan lagi,” tutup Gallagher
Mengenal Superkonduktor
Superkonduktor belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling populer. Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaam superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar). Tulisan singkat berikut mengajak Anda mengenal lebih jauh superkonduktor.
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc). Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau ? 269oC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan turun ketika didinginkan dibawah suhu ruang, akan tetapi belum ada yang dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak. Beberapa ahli ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Dilain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus menerus. Kurva hasil pengamatan Onnes digambarkan pada gambar 1.
Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.
Penemuan lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada tahun 1933. Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan magnet. Sebagaimana diketahui, apabila suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga medan tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan istilah diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner. Efek Meissner ini sedemikian kuatnya sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor, gambar 2. Medan magnet ini juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya.
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan perak yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Müller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rüschlikon, Switzerland berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak menghantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.
Penemuan demi penemuan dibidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil disintesanya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K.
Pada bulan Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat digunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena suhunya cukup tinggi dibandingkan dengan material superkonduktor yang lain, maka material-material tersebut diberi nama superkonduktor suhu tinggi.Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas. Apabila hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus mengalir. Penggunaan superkonduktor dibidang transportasi memanfaatkan efek Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan pada kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train, gambar 3. Kereta api ini melayang diatas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km/jam.
Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 an ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan generator yang menggunakan kawat tembaga. Suatu perusahaan amerika, American Superconductor Corp. diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik. Untuk transmisi listrik, pemerintah Amerika Serikat dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7000 ari segi tempat.
Dibidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer dengan kemampuan berhitung yang fantastis. Di bidang militer, HTS-SQUID digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut. Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5000 tenaga kuda.
Berdasarkan perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia diproyeksikan untuk berkembang senilai $90 trilyun pada tahun 2010 dan $200 trilyun pada tahun 2020. Perkiraan ini tentu saja didasarkan pada asumsi pertumbuhan yang linear. Apabila superkonduktor baru dengan suhu kritis yang lebih tinggi telah ditemukan, pertumbuhan dibidang superkonduktor akan terjadi secara luar biasa.
Lihat Semua Daftar Posting