Thursday, May 22, 2014

10 Hal tentang Akselerator Partikel yang Mungkin Belum Anda Ketahui

Laboratorium Large Hadron Collider di CERN telah masuk ke dalam budaya populer: Komedian Jon Stewart membuat lelucon tentang LHC di The Daily Show, karakter Sheldon Cooper bermimpi tentang LHC di The Big Bang Theory dan penjahat fiksi mencuri antimateri fiksi dari LHC di Angels & Demons.

Meskipun itu berarti LHC sekarang sudah mulai populer, akselerator partikel ini masih memiliki "rahasia" untuk dibagi. Dengan masukan dari para ilmuwan di laboratorium dan lembaga di seluruh dunia, situs symmetrymagazine.org telah menyusun daftar 10 hal yang Anda mungkin belum tahu tentang akselerator partikel.




1. Ada lebih dari 30.000 akselerator yang beroperasi di seluruh dunia.

Accelerator ada di seluruh tempat, melakukan berbagai pekerjaan. Mereka mungkin paling dikenal karena peran mereka dalam penelitian fisika partikel, tapi kegunaan mereka yang lain meliputi: menciptakan sinar penghancur tumor untuk melawan kanker; membunuh bakteri untuk mencegah penyakit yang berkaitan dengan makanan; mengembangkan bahan yang lebih baik untuk memproduksi popok lebih efektif dan palet plastik; dan membantu para ilmuwan meningkatkan injeksi bahan bakar untuk membuat kendaraan lebih efisien.




2. Salah satu bangunan modern terpanjang di dunia adalah bangunan untuk akselerator partikel.

Akselerator linear, atau disingkat LINAC, dirancang untuk menembakkan seberkas partikel dalam garis lurus. Secara umum, semakin panjang LINAC, semakin kuat hantaman partikel. Akselerator linear di National Accelerator Laboratory SLAC, dekat San Francisco, adalah yang terbesar di planet ini.

Galeri klystron SLAC, adalah sebuah bangunan tempat komponen-komponen yang mentenagai akselerator berada, yang terletak  di atas akselerator. Ini adalah salah satu bangunan modern terpanjang di dunia. Secara keseluruhan, panjangnya hampir 2 mil, sehingga mendorong karyawan laboratorium untuk mengadakan lomba lari tahunan sekitar perimeter.




3. Menurut Stephen Hawking, Akselerator partikel adalah hal yang kita miliki yang paling serupa dengan mesin waktu.

Pada tahun 2010, fisikawan Stephen Hawking menulis sebuah artikel untuk koran Inggris Daily Mail yang menjelaskan kemungkinan untuk melakukan perjalanan melalui waktu. Kita hanya akan perlu akselerator partikel yang cukup besar untuk mempercepat manusia dengan cara yang sama dengan mempercepat partikel, katanya.

Seseorang yang dipercepat dengan akselerator yang berkemampuan seperti Large Hadron Collider akan mempercepatnya hingga memiliki kecepatan dekat dengan kecepatan cahaya. Karena efek relativitas khusus, periode waktu tahunan yang dialami oleh orang-orang di luar mesin akan berlangsung hanya beberapa hari bagi orang yang dipercepat. Pada saat mereka turun dari perjalanan LHC, mereka akan lebih muda dari kita semua.

Hawking sebenarnya tidak mengusulkan kita mencoba untuk membangun mesin tersebut. Namun ia menunjukkan cara bahwa perjalanan waktu telah terjadi hari ini. Sebagai contoh, partikel yang disebut meson pi biasanya berumur pendek; mereka hancur setelah sepersejuta detik. Tapi ketika mereka dipercepat hingga hampir kecepatan cahaya, rentang hidup mereka bertambah secara dramatis. Tampak bahwa partikel ini bepergian dalam waktu, atau setidaknya mengalami waktu lebih lambat dibandingkan dengan partikel lainnya (yang tidak dipercepat).




4. Suhu tertinggi yang tercatat oleh perangkat buatan manusia dicapai dalam akselerator partikel.

Pada tahun 2012, di Relativistic Heavy Ion Collider Brookhaven National Laboratory tercatat di Guinness World Record untuk produksi suhu terpanas buatan manusia di dunia, yaitu setinggi 4 x 1012 derajat Celcius. Tapi laboratorium di Long Island ini melakukan lebih dari sekedar hal-hal yang memanas. Laboratorium ini menciptakan sejumlah kecil plasma quark-gluon, state materi yang diperkirakan mendominasi saat alam semesta awal. Plasma ini begitu panas sehingga menyebabkan partikel elementer yang disebut quark, yang umumnya ada di alam terikat dengan quark lain, pecah satu sama lain.

Sejak saat itu, para ilmuwan di CERN sejak juga menciptakan plasma quark-gluon, pada suhu yang lebih tinggi, di Large Hadron Collider.




5. Bagian dalam Large Hadron Collider lebih dingin dari luar angkasa.

Dalam rangka untuk menghantarkan listrik tanpa perlawanan/resistansi, elektromagnet Large Hadron Collider didinginkan ke suhu cryogenic. LHC adalah sistem kriogenik terbesar di dunia, dan beroperasi pada suhu minus 271,3 derajat Celcius. Ini adalah salah satu tempat terdingin di Bumi, dan ini bahkan beberapa derajat lebih dingin dari luar angkasa, yang cenderung memiliki suhu pada sekitar minus 270,5 derajat Celcius.




6. Alam menghasilkan akselerator partikel jauh lebih kuat daripada apa pun yang dibuat di Bumi.

Kita bisa membangun beberapa akselerator partikel cukup mengesankan di Bumi, tetapi dalam mencapai energi tinggi, akselerator partikel yang kita buat, belum ada apa-apanya dibandingkan akselerator partikel yang ada secara alami di ruang angkasa (ciptaan Tuhan).

Sinar kosmik yang paling energik yang pernah diamati adalah proton yang dipercepat hingga memiliki energi 300 juta triliun electronvolt. Tidak ada sumber yang dikenal dalam galaksi kita yang cukup kuat untuk menyebabkan percepatan tersebut. Bahkan gelombang kejut dari ledakan sebuah bintang, yang dapat melontarkan partikel ke ruang angkasa, jauh lebih kuat daripada akselerator buatan manusia. Para ilmuwan masih menyelidiki sumber sinar kosmik ber energi ultra tinggi tersebut.




7. Akselerator partikel tidak hanya mempercepat partikel; Tapi juga membuat partikel lebih masif.

Sesuai perkiraan Einstein dalam teori relativitas, tidak ada partikel yang memiliki massa dapat melakukan perjalanan secepat kecepatan cahaya - sekitar 300.000 km per detik. Tidak peduli seberapa banyak energi ditambah ke suatu benda bermassa, kecepatannya tidak bisa mencapai batas itu.

Dalam akselerator modern, partikel melesat hingga memiliki kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Misalnya, injektor utama di Fermi National Accelerator Laboratory mempercepat proton hingga memiliki kecepatan 0,99997 kali kecepatan cahaya. Partikel akan semakin dekat dan lebih dekat dengan kecepatan cahaya, seiring akselerator memberikan dorongan yang lebih dan lebih besar ke energi kinetik partikel.

Karena, seperti yang Einstein katakan, energi obyek adalah sama dengan massa kali kecepatan cahaya kuadrat (E = mc2), menambah energi, pada dasarnya, juga meningkatkan massa partikel. Dengan kata lain: Di mana ada lebih "E", harus ada lebih "m". Saat objek bermassa mendekati dan semakin mendekati kecepatan cahaya, massa efektifnya akan semakin besar dan semakin besar menuju tak terhingga, sehingga tidak akan pernah mencapai sama (apalagi melebihi) dengan kecepatan cahaya.




8. Diameter akselerator melingkar pertama lebih pendek dari 13 cm; diameter Large Hadron Collider adalah lebih dari 8 kilometer.

Pada tahun 1930, terinspirasi oleh ide-ide dari insinyur Norwegia Rolf Wider√łe, fisikawan Ernest Lawrence (27 tahun) menciptakan akselerator partikel lingkar pertama di University of California, Berkeley, dengan mahasiswa pascasarjana M. Stanley Livingston. Akselerator ini mempercepat ion hidrogen hingga energi 80.000 electronvolts dalam ruang kurang dari 13 cm.

Pada tahun 1931, Lawrence dan Livingston mulai bekerja pada akselerator 28 cm. Mesin ini berhasil mempercepat proton untuk lebih dari 1 juta electronvolt, yang kemudian Livingston laporkan ke Lawrence melalui telegram dengan menambahkan kata "Whoopee!" Lawrence kemudian melanjutkan untuk membangun akselerator yang lebih besar dan mendirikan Lawrence Berkeley dan laboratorium Lawrence Livermore.

Sejak saat itu banyak akselerator-akselerator dibangun dengan kemampuan yang lebih besar dan semakin besar, menciptakan berkas partikel dengan energi yang lebih besar dari yang mungkin belum pernah dibayangkan sebelumnya. Large Hadron Collider di CERN berdiameter 8 kilometer lebih dengan keliling sekitar 27 km lebih. Setelah upgrade tahun ini, LHC akan mampu mempercepat proton hingga 6,5 triliun electronvolt.




9. Pada tahun 1970-an, para ilmuwan di Fermi National Accelerator Laboratory mempekerjakan musang bernama Felicia untuk membersihkan bagian akselerator.

Dari tahun 1971 hingga 1999, Fermilab Meson Laboratorium adalah bagian penting dari eksperiment fisika energi tinggi di laboratorium. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang gaya-gaya yang ada di alam semesta kita, para ilmuwan mempelajari partikel subatomik yang disebut meson dan proton. Operator akan mengirim berkas partikel dari akselerator ke Meson Lab melalui lorong berkas bawah tanah yang panjangnya kiloan meter.

Untuk memastikan ratusan meter pipa vakum bebas dari puing-puing kotoran sebelum menghubungkan mereka dan mengaktifkan berkas partikel, laboratorium meminta bantuan dari salah satu musang yang diberi nama Felicia.

Musang memiliki ketertarikan untuk menggali dan memanjat melalui lubang-lubang, membuat mereka adalah spesies yang sempurna untuk pekerjaan ini. Tugas Felicia adalah untuk menarik kain yang telah dicelupkan ke dalam larutan pembersih pada tali melalui bagian-bagian pipa yang panjang.

Meskipun pekerjaan Felicia kini diambil alih oleh robot yang dirancang khusus, ia memainkan peran yang unik dan vital dalam proses dan konstruksi. Sebagai imbalan Felicia hanya butuh hati ayam, kepala ikan dan daging hamburger.




10. Akselerator partikel dibangun di tempat-tempat yang tak terduga.

Para ilmuwan cenderung untuk membangun akselerator partikel besar di bawah tanah. Ini melindungi mereka dari cepat rusak dan tidak stabil, tetapi juga membuat mereka agak sulit untuk ditemukan.

Misalnya, para pengendara yang melalui jalan Interstate 280 di California utara mungkin tidak menyadari bahwa akselerator utama di SLAC National Accelerator Laboratory berada tepat di bawah roda mereka.

Warga di desa-desa di pedesaan Swiss-Perancis tinggal di atas collider partikel energi tertinggi di dunia, Large Hadron Collider.

Dan selama beberapa dekade, tim di Cornell University telah bermain sepak bola, futbol dan lacrosse di Robison Alumni Fields yang berada 40 meter di atas Cornell Electron Storage Ring, atau CESR. Para ilmuwan menggunakan akselerator partikel melingkar untuk mempelajari partikel dan untuk menghasilkan sinar X untuk eksperimen dalam biologi, ilmu material dan fisika.


Baca Juga:






Popular Posts