Flavour adalah nama yang ilmuwan berikan kepada versi yang berbeda dari jenis partikel yang sama. Misalnya, quark (yang membentuk proton dan neutron di dalam inti atom) datang dalam enam flavour: up, down, top, bottom, strange dan charm. Partikel yang disebut lepton, yang kategori nya mencakup elektron, juga datang dalam enam flavour, masing-masing dengan massa yang berbeda.
Tapi fisikawan bingung mengapa flavour itu ada, dan mengapa masing-masing flavour memiliki karakteristik yang berbeda.
Hal ini dikenal sebagai flavour problem. Mengapa ada begitu banyak flavour? Mengapa kita memiliki enam jenis quark dan enam jenis lepton, dan mengapa mereka memiliki massa yang berbeda. Kita tidak tahu.
MENGUBAH FLAVOUR
Dalam dunia fisika partikel yang aneh, berbagai flavour dari quark dan lepton terbedakan oleh sifat-sifat masing-masing, termasuk massa, muatan dan spin.Sebagai contoh, semua quark memiliki spin yang sama (1/2), dan tiga dari mereka (up, charm dan top) memiliki muatan 2/3, sedangkan tiga lainnya (down, strange dan bottom) memiliki muatan minus 1/3 . Masing-masing memiliki massa yang unik.
Apa yang lebih aneh adalah bahwa partikel dapat beralih dari satu flavour ke flavour yang lain. Sebagai contoh, quark down dengan mudah bisa berubah menjadi quark up, dan quark charm dapat berubah menjadi quark strange, dan sebagainya. Sementara beberapa transisi lebih umum daripada yang lain, dalam teori, sebagian besar flavour quark dapat bertransisi ke banyak flavour lainnya.
Kita tidak tahu apa yang ada di dalam quark. Para ilmuwan berpendapat didalam quark adalah similarity atau dissimilarity struktur internal yang membuatnya sulit atau mudah untuk melakukan transisi.
Meskipun partikel datang dalam beberapa flavour, tidak semua flavour ada di alam semesta kita
Unsur-unsur dalam tabel periodik, seperti karbon, oksigen dan hidrogen, terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron, pada gilirannya, hanya berisi quark up dan down, sementara quark top, bottom, charm dan strange jarang dapat ditemukan.
Hal yang sama berlaku untuk lepton: elektron berlimpah, sementara, beberapa flavour lain, seperti muon dan tau, jarang ditemukan di alam.
Mereka exist dalam detik awal dari alam semesta dan kemudian mereka meluruh habis. Mereka tidak benar-benar ada dalam kehidupan sehari-hari.
MISTERI LAIN
Selain mencari asal-usul flavour, fisikawan yang mempelajari topik ini juga berharap untuk mengetahui jawaban tentang misteri terkait, seperti kembaran aneh materi tersebut, yaitu antimateri. Setiap partikel diperkirakan memiliki mitra antimateri, dengan massa yang sama, tetapi muatan yang berlawanan.
Fisikawan berpikir seharusnya ada lebih banyak antimateri di alam semesta, dan fisika flavour dapat membantu untuk menjelaskan hal "hilangnya" antimateri ini.
Ada asimetri materi-antimateri di alam semesta, dalam arti bahwa alam semesta terbuat dari materi dan tidak ada antimateri teramati hari ini, tetapi dalam Big Bang, materi dan antimateri diciptakan dalam jumlah yang sama. Jadi apa yang terjadi pada semua antimateri itu? Banyak fisikawan berpendapat hal ini terkait dengan fisika flavour.
Ketika sebuah materi dan mitra antimateri nya bertemu, mereka saling memusnahkan satu sama lain dan berubah menjadi energi murni. Sebagian besar materi dan antimateri yang dibuat pada awal alam semesta diperkirakan telah saling menghancurkan satu sama lain, meninggalkan sejumlah kecil materi yang tersisa yang menjadi bintang-bintang dan galaksi yang kita lihat sekarang.
Fisikawan berpikir bahwa perbedaan dalam cara materi meluruh dibandingkan dengan antimateri dapat menjelaskan mengapa materi membutuhkan waktu lebih lama untuk meluruh, dan karena nya materi dapat lebih survive. Para peneliti telah mengamati beberapa asimetri dalam tingkat peluruhan materi dan antimateri, tetapi ini saja tidak cukup untuk menjelaskan alam semesta seperti yang kita lihat.
Kita mendapatkan perbedaan dengan asimetri, tapi itu sekitar satu miliar kali lebih kecil dari yang kita butuhkan. Maka dari itu haruslah ada beberapa persamaan baru lainnya yang juga memprediksi berbagai jenis asimetri materi-antimateri."
Para ilmuwan berharap bahwa dengan mempelajari perilaku aneh dari flavour partikel, mungkin akan menjelaskan lebih banyak mengenai persistensi materi setelah Big Bang.
INTENSITAS PERBATASAN (Intensity Frontier)
Harapan terbaik peneliti untuk mendapatkan dasar flavour partikel mungkin terletak pada eksperimen baru yang diusulkan untuk mengatasi apa yang disebut "intensitas perbatasan."
Dalam eksperimen ini, peneliti ingin mengamati transisi partikel dari satu flavour ke flavour yang lain, dan bukan hanya transisi yang umum, seperti quark down menjadi sebuah quark up, tetapi pergantian yang lebih eksotis, seperti perubahan dari quark bottom menjadi quark charm.
Tapi untuk melakukan ini, para ilmuwan harus meningkatkan intensitas, atau jumlah partikel yang dihasilkan, di akselerator partikel mereka.
Kita sedang mencari fenomena langka, sehingga cara untuk mengamati nya adalah dengan membuat kasus tersebut lebih banyak. Analoginya sama jika kita ingin menang lotere, maka kita harus membeli tiket lotere yang banyak.
Tschirhart adalah ilmuwan yang memimpin Proyek X, sebuah rencana Fermilab untuk membangun sebuah akselerator partikel intensitas tinggi yang akan mencari transisi flavour yang langka.
"Kami akan menghasilkan fluks yang sangat tinggi dari neutrino dan meson K, yang adalah partikel yang tidak stabil yang mengandung quark strange, dan fluks yang sangat tinggi dari muon, partikel yang tidak stabil, sepupu elektron yang lebih berat dari elektron normal," kata Tschirhart. "Ini akan menjadi proyek akselerator terbesar di AS, dan akan menjadi akselerator partikel intensitas tertinggi untuk fisika partikel."
 |
| The LHCb team stands in front of their experiment, the LHCb detecor, at the Large Hadron Collider in Geneva. |
Usaha lain untuk membangun fasilitas tinggi baru untuk fisika flavour sedang berlangsung di Italia dan Jepang.
Selanjutnya, akselerator partikel terbesar di dunia, Large Hadron Collider di Swiss, telah melakukan percobaan yang disebut LHCb yang dikhususkan untuk mencari peluruhan langka dari partikel yang disebut meson b, yang mengandung beberapa flavour quark yang berbeda.
DIMENSI EKSTRA
Meskipun para ilmuwan umumnya bingung mengenai dari mana partikel mendapatkan flavour, sebuah teori mengajukan solusi yang menarik dan aneh.
Flavour partikel mungkin merupakan gejala dari suatu dimensi ekstra yang tersembunyi dari alam semesta di luar tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu yang kita ketahui. Konsep ini, disebut dimensi melengkung (warped dimensions), dipelopori oleh fisikawan Lisa Randall dan Sundrum Raman.
Mungkin perbedaan flavour sebenarnya adalah, perbedaan dimensi dari ruang dan waktu, Mungkin hanya ada satu jenis flavour quark dan flavour yang berbeda yang kita lihat - strange, charm, top, bottom - mereka adalah fitur geometris yang berbeda dari ruang dan waktu.
Einstein sendiri menunjukkan kaitan yang erat antara massa dengan ruang dan waktu ketika ia menyusun teori relativitas umum. Menurut teori ini, gravitasi, yang merupakan kekuatan tarik menarik massa, benar-benar merupakan kelengkungan ruang-waktu.
 |
| Extra dimensions? A black hole at the center of the Milky Way could help prove a controversial idea. |
Kita melihat enam quark yang berbeda seperti memiliki enam massa yang berbeda, tapi mungkin mereka benar-benar memiliki massa yang sama, tetapi terletak di tempat yang berbeda dalam dimensi ekstra, menyebabkan mereka untuk tampil berbeda.
Meskipun teori ini mungkin terdengar fantastis, namun teori ini dapat membuat beberapa prediksi konkret tentang bagaimana partikel partikel tertentu meluruh dan transisi antar flavour. Para peneliti berharap bahwa percobaan baru yang mendorong Intensitas Perbatasan mungkin dapat mengukur/menemukan beberapa peluruhan yang diprediksi teori ini dan mungkin memvalidasi atau membatalkan teori ini dan teori-teori lainnya.
Eksperimen Intensitas Perbatasan memiliki kesempatan terbaik untuk membuat langkah-langkah terbesar dalam hal menjawab pertanyaan-pertanyaan ini. Eksperimen ini sekarang sampai ke tingkat intensitas di mana mereka memiliki kesempatan untuk menjawab atau menjelaskan misteri misteri ini.
Wallahualam