September 26, 2022

Tepi berdarah fisika terletak pada seberkas partikel subatomik, bergegas dalam lingkaran sangat dekat kecepatan cahaya di terowongan bawah tanah di Eropa Tengah. Balok itu menabrak balap lain sama cepatnya di arah lain. Tabrakan yang dihasilkan menghasilkan gelombang partikel lain, ditangkap oleh detektor sebelum menghilang.

Ini adalah prosedur standar di Large Hadron Collider (LHC), yang baru-baru ini dinyalakan untuk pertama kalinya sejak 2018, pancarannya sekarang lebih kuat dari sebelumnya. LHC, yang terletak di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN) dekat Jenewa, adalah penumbuk partikel terbesar di dunia: mesin raksasa yang benar-benar menghancurkan partikel subatom dan memungkinkan para ilmuwan menyaksikan air mancur puing-puing kuantum yang keluar.

Itu mungkin tampak tidak perlu kekerasan untuk eksperimen fisika, tetapi fisikawan memiliki alasan yang baik untuk kehancuran. Di dalam tumbukan itu, fisikawan dapat mengupas lapisan alam semesta kita untuk melihat apa yang membuatnya berdetak pada skala terkecil.

Fisikawan di balik mesin

“Besar” dalam nama LHC tidak berlebihan: Tabrakan memotong lingkaran magnet sepanjang 17 mil, seluruhnya di bawah tanah, di bawah pinggiran kota Jenewa di kedua sisi perbatasan Prancis-Swiss yang compang-camping (rumah markas besar CERN), melalui bayangan di lereng timur Pegunungan Jura Prancis, dan kembali lagi.

Merakit raksasa seperti itu membutuhkan waktu. Pertama kali diusulkan pada 1980-an dan disetujui pada pertengahan 1990-an, LHC membutuhkan waktu lebih dari satu dekade untuk dibangun sebelum baloknya pertama kali dinyalakan pada 2008. Konstruksi menghabiskan $4,75 miliar, sebagian besar berasal dari pundi-pundi berbagai pemerintah Eropa.

LHC mengkonsumsi listrik yang cukup untuk menyalakan sebuah kota kecil. Bahkan sebelum peningkatannya saat ini, eksperimen LHC menghasilkan satu petabyte data per hari, cukup untuk menampung lebih dari 10.000 film 4K—dan itu setelah Jaringan komputer CERN menyaring kelebihannya. Data itu melewati komputer ribuan ilmuwan dari setiap sudut dunia, meskipun beberapa bagian dunia lebih terwakili daripada yang lain.

See also  Studi tes darah kanker menunjukkan hasil yang penuh harapan

[Related: The biggest particle collider in the world gets back to work]

Waktu, uang, dan tenaga manusia terus mengalir ke dalam penumbuk saat fisikawan berusaha menjawab pertanyaan paling mendasar di alam semesta.

Misalnya, apa yang menyebabkan massa ada? Membantu menjawab pertanyaan itu telah menjadi salah satu kemenangan paling umum LHC hingga saat ini. Pada 2012, ilmuwan LHC mengumumkan penemuan partikel yang telah lama dicari yang dikenal sebagai Higgs boson. Boson adalah produk dari medan yang, ketika partikel berinteraksi dengan medan, memberikan partikel tersebut massa.

Penemuan boson Higgs adalah batu bata terakhir di dinding yang dikenal sebagai Model Standar. Ini adalah jantung dari fisika partikel modern, sebuah skema yang menjabarkan sekitar selusin partikel subatom dan bagaimana partikel-partikel itu saling cocok untuk menghasilkan alam semesta yang kita lihat.

Tetapi setiap tahun, Model Standar tampaknya semakin tidak memadai untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan dasar. Mengapa ada lebih banyak materi di alam semesta daripada antimateri, kebalikannya? Apa yang membentuk bagian besar alam semesta kita yang tampaknya tidak terlihat dan tidak terlihat? Dan mengapa gravitasi ada? Jawabannya sama sekali tidak sederhana.

Jawabannya mungkin datang dalam bentuk partikel yang belum ditemukan. Tapi, sejauh ini, mereka telah menghindari penumbuk partikel yang paling kuat sekalipun. “Kami belum menemukan partikel Model non-Standar di LHC sejauh ini,” kata Finn Rebassoo, fisikawan partikel di Lawrence Livermore National Laboratory di California dan kolaborator LHC.

Meng-upgrade raksasa

Meskipun pandemi COVID-19 mengganggu pembukaan kembali LHC (semula dijadwalkan untuk tahun 2020), petugas Collider tidak tinggal diam sejak 2018. Sebagai bagian dari serangkaian peningkatan teknis, mereka telah menambah beam Collider, meningkatkannya energi sekitar 5 persen.

See also  Mengapa Jupiter tidak memiliki cincin seukuran Saturnus

Itu mungkin tampak seperti sedikit sekali (dan tentu saja artinya jika dibandingkan dengan upgrade LHC High-Luminosity yang direncanakan akhir dekade ini yang akan meningkatkan jumlah tabrakan). Tetapi para ilmuwan mengatakan bahwa itu masih membuat perbedaan.

“Ini berarti peningkatan kemungkinan untuk menghasilkan fisika yang menarik,” kata Elizabeth Brost, fisikawan partikel di Brookhaven National Laboratory di Long Island, dan kolaborator LHC. “Sebagai contoh favorit pribadi, kami sekarang akan mendapatkan 10 persen lebih banyak acara dengan pasangan boson Higgs.”

Model Standar mengatakan bahwa Higgs boson berpasangan seharusnya merupakan kejadian yang sangat langka—dan mungkin memang demikian. Tapi, jika LHC menghasilkan pasangan dalam jumlah besar, itu pertanda bahwa sesuatu yang belum ditemukan sedang bermain.

“Ini adalah situasi yang saling menguntungkan: Kami akan segera mengamati produksi pasangan Higgs, yang menyiratkan fisika baru,” kata Brost, “atau pada akhirnya kami akan dapat mengonfirmasi prediksi Model Standar menggunakan set data LHC lengkap.”

Perangkat tambahan juga memberikan kesempatan untuk mengamati hal-hal yang belum pernah terlihat sebelumnya. “Setiap bit tambahan memberikan lebih banyak potensi untuk menemukan fenomena baru,” kata Bo Jayatilaka, fisikawan partikel di Fermilab di pinggiran kota Chicago dan kolaborator LHC.

Belum lama berselang, satu sumber potensial untuk observasi muncul—bukan dari CERN, tetapi dari akselerator tua yang sekarang ditutup di Fermilab, di luar Chicago. Para peneliti meneliti data lama menemukan bahwa boson W, sebuah partikel yang bertanggung jawab untuk menyebabkan peluruhan radioaktif di dalam atom, tampaknya memiliki massa yang lebih berat daripada yang diperkirakan. Jika itu benar, itu bisa membuat Model Standar terbuka lebar.

Secara alami, fisikawan partikel ingin memastikan kebenarannya. Mereka sudah berencana untuk mengulangi pengukuran boson W di CERN, baik dengan data yang dikumpulkan dari eksperimen sebelumnya maupun dengan data baru dari eksperimen yang akan datang.

See also  Apa itu earwigs? Apakah mereka berbahaya?

Kemungkinan akan membutuhkan waktu untuk membuat LHC mencapai kapasitas penuh yang baru ditemukan. “Biasanya, ketika LHC di-restart maka slow restart, artinya jumlah data di tahun pertama tidak sebanyak tahun-tahun berikutnya,” kata Rebassoo. Dan menganalisis bahkan data yang dihasilkannya membutuhkan waktu, bahkan untuk sejumlah besar ilmuwan yang bekerja pada penumbuk.

Tetapi segera setelah tahun 2023, kita dapat melihat hasilnya—memanfaatkan dorongan energi baru yang ditemukan dari penumbuk, Jayatilaka berspekulasi.