Jadi ada hal-hal ini disebut quark. (Saya tahu, saya berharap mereka memiliki nama yang lebih baik, tetapi saya tidak bertanggung jawab untuk menyebutkan hal-hal dalam fisika.) Quark adalah partikel kecil yang sangat kecil (kita akan sampai seberapa kecil dalam sedikit) yang merupakan blok bangunan mendasar materi. Sejauh yang kami tahu, quark sendiri tidak terbuat dari apa pun yang lebih kecil. Itu mungkin berubah di masa depan karena kita belajar lebih banyak, tetapi itu cukup baik untuk saat ini.
Ada enam jenis quark, masing-masing dengan nama yang berbeda tetapi sama-sama unik: atas, bawah, atas, bawah, aneh dan pesona. Dan terlepas dari namanya, yang paling aneh dari sextuplets sebenarnya adalah quark teratas.
Mari kita menggali lebih dalam.
Dunia yang terbalik
Sejauh ini, quark paling umum yang akan Anda temui adalah yang naik turun. Mereka adalah orang-orang yang berkumpul bersama dalam kembar tiga untuk membentuk proton (dua naik dan turun) dan neutron (dua turun dan naik). Untuk membentuk muatan positif akrab dari proton dan muatan netral pada neutron, quark memerlukan muatan fraksional. Saya tahu, itu terdengar aneh, tapi itu hanya karena kita pikir bahwa muatan proton dan elektron adalah fundamental. Ternyata, kami salah. Kuark atas memiliki muatan plus dua pertiga, sedangkan quark bawah duduk di minus sepertiga.
Yang lebih membingungkan tentang quark adalah bahwa mereka sangat ringan. Kuark atas hanya 0,2 persen massa proton, sedangkan mitranya quark turun hanya sekitar 0,5 persen dari massa proton. Jadi bagaimana bisa partikel-partikel yang sangat kecil ini menambah massa proton yang kuat?
Jawabannya adalah gaya yang mengikat quark bersama: gaya nuklir kuat. Ikatan di antara quark ini sangat kuat - dengan mudah mengalahkan tolakan listrik alami dari quark yang bermuatan serupa. Dan karena energi adalah hal yang sama dengan massa (terima kasih, Einstein!), Massa proton benar-benar disebabkan oleh lem, dan bukan quark itu sendiri.
Hidup di atas
Tidak semua quark sebesar itu. Namun dalam dunia fisika partikel, besar adalah berita buruk. Menjadi besar seperti berada di puncak gunung yang tinggi dan kurus. Tentu, pemandangannya bagus, tetapi sedikit angin sepoi-sepoi akan membuat Anda jatuh ke posisi yang lebih stabil. Dan stabil berarti kecil - jika Anda adalah partikel masif yang mengalami ketidakstabilan, Anda dengan cepat menemukan diri Anda berubah menjadi mandi sepupu Anda yang lebih kecil.
Itu berarti hidup ini sangat bagus untuk quark atas dan ke bawah. Mereka yang terkecil; jadi sementara mereka tidak memiliki pandangan yang bagus, mereka tidak dalam bahaya jatuh dari tebing eksistensial. Quark terbesar berikutnya, aneh dan pesona, jarang ditemukan dalam kelimpahan besar di alam. Mereka begitu besar sehingga sulit untuk dibuat, dan segera setelah mereka diproduksi oleh beberapa proses eksotis, mereka dengan cepat membusuk menjadi sesuatu yang lain, meninggalkan tidak lebih dari memori.
Untuk beberapa saat, fisikawan mengira hanya ada empat quark ini - naik, turun, aneh dan pesona. Tetapi pada awal 1970-an, mereka mulai mencurigai sebaliknya dengan memeriksa beberapa peluruhan langka yang melibatkan kaon (dan sekali lagi, saya tidak bertanggung jawab atas penamaan sesuatu. Kaon adalah duo dari quark yang aneh dan entah quark atas atau bawah) . Untuk menjelaskan pembusukan aneh yang menghasilkan kaon ini, ahli teori harus menebak keberadaan pasangan quark baru, yang mereka juluki atas dan bawah. Quark baru ini jauh, jauh lebih berat daripada empat lainnya (kalau tidak kita akan melihatnya sekarang).
Setelah quark No. 5 (bagian bawah) bergabung dengan klub partikel yang diketahui dan diukur pada tahun 1977, perlombaan dilanjutkan untuk menemukan yang keenam dan terakhir (atas). Tapi masalahnya adalah tidak ada yang tahu seberapa besar itu, artinya kita tidak tahu seberapa besar kita harus membuat akselerator partikel kita sebelum kita bisa meletusnya. Setiap tahun, kelompok-kelompok di seluruh dunia meningkatkan peralatan mereka, dan setiap tahun mereka mengalami kekurangan, mendorong massa partikel yang saat itu hipotetis terus meningkat.
Baru pada bulan Februari 1995, para peneliti di Fermilab akhirnya dapat mengklaim suatu penemuan quark top dengan massa yang tip timbangannya hampir 200 kali lebih berat daripada proton. Itu benar: Sementara quark atas dan bawah hampir tidak melakukan pekerjaan membuat proton menjadi proton, quark atas dapat dengan mudah membanting seluruh atom dengan mudah.
Masukkan Higgs
Kuark atas adalah sekitar 100 triliun kali lebih berat dari kuark atas. Itu bagus. Tapi kenapa? Mengapa quark memiliki massa yang sangat besar?
Di sinilah bos Higgs masuk. Boson Higgs dikaitkan dengan bidang (bidang Higgs, sejenis medan elektromagnetik) yang menembus semua ruang-waktu, seperti lem tak terlihat yang mengisi alam semesta. Partikel fundamental lain, seperti elektron dan neutrino dan quark, harus berenang melalui bidang ini untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fakta bahwa partikel fundamental tidak dapat mengabaikan medan Higgs adalah (melalui berbagai macam matematika) adalah alasan mengapa mereka memiliki massa.
Ah, sebuah petunjuk, kalau begitu. Jika Higgs entah bagaimana terhubung ke konsep massa, dan quark atas adalah yang terberat dari quark, maka bos Higgs dan quark atas harus terbaik teman.
Dan selama bertahun-tahun, quark atas menjadi salah satu pintu gerbang bagi pemahaman kita tentang Higgs, dan diharapkan bahwa dengan studi lebih lanjut dari Higgs itu sendiri kita bisa mendapatkan beberapa perspektif tentang massa besar misterius dari quark atas.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis Tempat Anda di Alam Semesta.
