Jauh di bawah gunung di Italia, dalam meter kubik terdingin dari alam semesta yang diketahui, para ilmuwan mencari bukti bahwa partikel hantu yang disebut neutrino bertindak sebagai mitra antimateri mereka sendiri. Apa yang ditemukan para peneliti ini dapat menjelaskan ketidakseimbangan materi dan antimateri di alam semesta.
Sejauh ini, mereka datang dengan tangan kosong.
Hasil terbaru dari dua bulan pertama percobaan CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) di Gran Sasso, Italia, tidak menunjukkan petunjuk proses pembuktian neutrino, yang dihasilkan oleh radiasi kosmik, adalah mitra antimateri mereka sendiri. Ini berarti jika proses itu benar-benar terjadi, itu terjadi sangat jarang sehingga terjadi kira-kira sekali setiap 10 septillion (10 ^ 25) tahun.
Tujuan akhir dari percobaan ini adalah untuk memecahkan salah satu teka-teki yang paling abadi di alam semesta, dan yang menunjukkan bahwa kita seharusnya tidak berada di sini. Teka-teki itu ada karena Big Bang teoretis - di mana singularitas kecil dikatakan telah menggelembungkan lebih dari 13,8 miliar tahun untuk membentuk alam semesta - seharusnya menghasilkan alam semesta dengan 50 persen materi dan 50 persen antimateri.
Ketika materi dan antimateri bertemu, mereka memusnahkan dan membuat satu sama lain tidak ada.
Tapi bukan itu yang kita lihat hari ini. Sebaliknya, sebagian besar alam semesta kita adalah materi, dan para ilmuwan berjuang untuk menemukan apa yang terjadi pada semua antimateri.
Di situlah neutrino masuk.
Apa itu neutrino?
Neutrino adalah partikel elementer kecil tanpa massa. Masing-masing lebih kecil dari atom, tetapi mereka adalah beberapa partikel paling melimpah di alam. Seperti hantu, mereka dapat melewati orang dan dinding tanpa ada yang memperhatikan (bahkan neutrino).
Sebagian besar partikel elementer memiliki lawan antimateri yang aneh, yang disebut antipartikel, yang memiliki massa yang sama dengan pasangan materi normal tetapi muatannya berlawanan. Tetapi neutrino sedikit aneh sendiri, karena mereka hampir tidak memiliki massa, dan mereka tanpa biaya. Jadi, fisikawan menduga, mereka bisa menjadi antipartikel mereka sendiri.
Ketika sebuah partikel bertindak sebagai antipartikelnya sendiri, itu disebut partikel Majorana.
"Teori-teori yang kita miliki saat ini tidak memberi tahu kita apakah neutrino adalah tipe Majorana atau tidak. Dan itu adalah hal yang sangat menarik untuk dicari, karena kita sudah tahu bahwa kita kehilangan sesuatu tentang neutrino," fisikawan teoretikus Sabine Hossenfelder, seorang rekan di Institut Studi Lanjutan Frankfurt di Jerman, mengatakan kepada Live Science. Hossenfelder, yang bukan bagian dari CUORE, mengacu pada fitur aneh neutrino yang tidak dapat dijelaskan.
Jika neutrino adalah Majoranas, maka mereka akan dapat bertransisi antara materi dan antimateri. Jika sebagian besar neutrino berubah menjadi materi biasa pada permulaan alam semesta, kata para peneliti, ini bisa menjelaskan mengapa materi melebihi antimateri saat ini - dan mengapa kita ada.
Eksperimen CUORE
Mempelajari neutrino di laboratorium biasa itu sulit, karena mereka jarang berinteraksi dengan materi lain dan sangat sulit dideteksi - miliaran melewati Anda tanpa terdeteksi setiap menit. Sulit juga membedakan mereka dari sumber radiasi lain. Itulah mengapa fisikawan perlu bergerak di bawah tanah - hampir 1,6 km di bawah permukaan bumi - di mana bola baja raksasa membungkus detektor neutrino yang dijalankan oleh Institut Nasional Italia untuk Laboratorium Fisika Nuklir 'Gran Sasso National Laboratory.
Laboratorium ini adalah rumah dari percobaan CUORE, yang mencari bukti dari proses yang disebut peluruhan double-beta neutrinoless - cara lain untuk mengatakan neutrino bertindak sebagai antipartikel mereka sendiri. Dalam proses peluruhan double-beta normal, sebuah nukleus meluruh dan memancarkan dua elektron dan dua antineutrino. Namun, pembusukan dua-beta tanpa-netral tidak akan memancarkan antineutrino apa pun, karena antineutrino ini dapat berfungsi sebagai antipartikel mereka sendiri dan akan saling memusnahkan.
Dalam upaya mereka untuk "melihat" proses ini, fisikawan mengamati energi yang dipancarkan (dalam bentuk panas) selama peluruhan radioaktif isotop telurium. Jika pembusukan beta ganda tanpa neutrol terjadi, akan ada puncak pada tingkat energi tertentu.
Untuk secara akurat mendeteksi dan mengukur energi panas ini, para peneliti membuat meter kubik terdingin di alam semesta yang diketahui. Mereka membandingkannya dengan termometer besar dengan hampir 1.000 kristal telurium dioksida (TeO2) yang beroperasi pada 10 mili-kelvin (mK), yang minus 459,652 derajat Fahrenheit (minus 273,14 derajat Celcius).
Ketika atom tellurium radioaktif membusuk, detektor ini mencari puncak energi itu.
"Pengamatan bahwa neutrino adalah antipartikel mereka sendiri akan menjadi penemuan yang signifikan dan mengharuskan kita untuk menulis ulang Model Standar fisika partikel yang diterima secara umum. Ini akan memberi tahu kita bahwa ada mekanisme baru dan berbeda bagi materi untuk memiliki massa," peneliti penelitian Karsten Heeger, seorang profesor di Universitas Yale, mengatakan kepada Live Science.
Dan bahkan jika CUORE tidak dapat secara pasti menunjukkan bahwa neutrino adalah anti-partikelnya sendiri, teknologi yang digunakan dalam penelitian ini mungkin memiliki kegunaan lain, kata Lindley Winslow, asisten profesor fisika di Massachusetts Institute of Technology dan bagian dari tim CUORE.
"Teknologi yang mendinginkan CUORE hingga 10 mK adalah sama dengan yang digunakan untuk mendinginkan sirkuit superkonduktor untuk komputasi kuantum. Generasi berikutnya dari komputer kuantum dapat hidup dalam cryostat gaya CUORE. Anda bisa memanggil kami pengadopsi awal," kata Winslow kepada Live. Ilmu.
