10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 1)

Seperti biasa, di bulan Desember setiap tahun, majalah Physics World menilai 10 riset yang dianggap memberikan terobosan terpenting dalam fisika. Tulisan berikut ini adalah saduran dari berita di majalah Physics World tersebut dan berita BBC.

Rencana awal saya adalah menuliskan semua peringkat. Tapi ternyata tangan saya kedinginan, sehingga terpaksa saya potong menjadi beberapa bagian. Bagian pertama mengulas tiga peringat teratas.

Peringkat 1: Mendaratkan wahana ruang angkasa di komet

12 November 2014, pukul 15:35 GMT (10.35pm WIB) menjadi tanggal penting di dunia fisika, khususnya astronomi.

Proses pendaratan wahana di komet.

Pada waktu tersebut, modul satelit Rosetta yang bernama Philae berhasil mendarat di permukaan komet 67P. Saat pendaratan berlangsung, komet ini berada sekitar 511 juta km dari Bumi dan sedang bergerak dengan kecepatan 55.000 km/jam. Ini jelas bukan sebuah pekerjaan yang mudah, jauh lebih sulit daripada mendaratkan wahana di Bulan yang berjarak relatif lebih dekat dan bergerak jauh lebih lambat.

Pendaratan memang tidak mulus. Philae sempat mental dua kali sebelum akhirnya berhasil mendarat dengan stabil. Walaupun berhasil mendarat stabil, posisi berdiri modul Philae tidak sempurna, tidak sesuai dengan yang diharapkan, sehingga sel surya yang merupakan sumber utama pembangkit listrik sang modul saat ini tidak mendapat cahaya matahari. Akibatnya, Philae hanya mengandalkan baterai yang dibawa dari Bumi.

Meskipun demikian, Philae berhasil menjalankan sejumlah operasi utama sebelum daya baterai dari Bumi tersebut habis.

Modul Philae dan satelit Rosseta adalah salah satu proyek dari ESA. Konsep pendaratan di komet ini sudah dimulai sejak awal 1980-an.

Rosetta diluncurkan tahun 2004, artinya butuh waktu 10 tahun untuk mengejar posisi yang diinginkan supaya dapat mencegat komet 67P tersebut.

Kenapa proyek ini sangat penting bagi kita?

Menurut teori yang kita pahami sekarang, sebagian komet adalah bagian dari keluarga Tata Surya kita. Komet-komet ini lahir dari Matahari sebagaimana planet-planet lahir dari Matahari. Sejumlah komet ini memiliki material yang tidak dimiliki Bumi saat muda dulu dan material-material ini justru penting untuk permulaan kehidupan. Material-material ini jatuh ke Bumi dengan berbagai cara, seperti tabrakan. Air, material terpenting kehidupan di Bumi, diduga berasal dari komet.

Baik Philae maupun Rosseta bertugas untuk mengambil informasi fisis dari komet 67P, seperti material (bebatuan, pasir) dan visual komet (foto-foto, radiasi). Data ini berguna untuk mempelajari bagaimana Tata Surya kita terbentuk dan berevolusi sehingga menjadi seperti yang kita saksikan sekarang.

Analisis awal data yang telah diterima ilmuwan di Bumi dari Phillae menunjukkan bahwa komet 67G mengandung sejumlah molekul organik (molekul berbasis atom Carbon).

Phillae juga melakukan pengeboran permukaan komet dan mendapati bahwa permukaan komet ditutupi debu setebal 10-20 cm. Dan, tepat di bawah debu itu ada permukaan keras yang diduga es air!

Peringkat 2: Menggunakan sinar quasar untuk menerangi jaring kosmik

6 Februari 2014, majalah Nature volume 506 halaman 63 melaporkan bahwa radiasi yang dipancarkan sebuah quasar dapat digunakan sebagai lampu senter untuk menerangi bagian-bagian tersembunyi di Alam Semesta seperti Dark Matter.

Quasar adalah sekumpulan bintang yang sangat terang dan terletak sangat jauh dari Bumi.

Observasi ini dilaporkan oleh peneliti dari Max Planck Institut für Astronomie in Heidelberg, Jerman.

Materi di Alam Semesta tidak terdistribusi merata, melainkan berkelompok dalam jaringan filamen seperti pada gambar berikut.

Materi-materi di Alam Semesta berkumpul membentuk pola seperi jaringan filamen, disebut jaringan kosmik.

Jejaring ini diduga terbentuk 380.000 tahun setelah Dentuman Besar. Di sela-sela jaring-jaring ini terdapat ruang hampa, hampa dalam arti yang sesungguhnya. Tidak ada materi, pun tidak ada cahaya.

Materi-materi yang berkelompok dalam jaringan ini dapat diamati dari radiasi yang mereka pancarkan. Dalam kelompok kecil, materi ini berkumpul dalam grup-grup seperti galaksi dan dapat dipandang sebagai kumpulan gas panas.

Teori juga menduga ada sejumlah materi yang terkumpul dalam grup-grup yang dapat dipandang sebagai kumpulan gas dingin seperti Dark Matter. Materi seperti ini tidak mengeluarkan radiasi sehingga tidak dapat dideteksi dengan cara yang sama mendetektsi gas panas.

Ternyata, materi “gas dingin” ini mengeluarkan radiasi ketika mereka menyerap radiasi ultraviolet yang dipancarkan oleh quasar.

Temuan ini memberikan harapan kepada ilmuwan untuk menggunakan radiasi dari Quasar sebagai lampu senter untuk menerangi bagian-bagian Alam Semesta yang gelap bagi detektor kita.

Peringkat 3: Menangkap partikel neutrino dari reaksi inti Matahari

28 Agustus 2014, majalah Nature volume 512 halaman 383 melaporkan hasil observasi partikel neutrino dari proses fusi proton-proton di Matahari oleh eksperimen The Borexino, Italia.

Proses fusi adalah proses penggabungan dua atau lebih partikel kecil menjadi satu partikel yang lebih besar. Lawannya adalah proses fisi, yaitu pemisahan satu partikel besar menjadi dua atau lebih partikel yang lebih kecil.

Cahaya yang dipancarkan oleh Matahari berasal dari reaksi nuklir yang tejadi di permukannya. Reaksi nuklir ini bermula dari dua buah proton (p) yang bersatu menjadi deuterium (^2H). Reaksi ini juga menghasilkan dua partikel lain, yaitu sebuah positron (e^+) dan sebuah neutrino-elektron (\nu_e). Reaksi ini dapat ditulis sebagai berikut.

p+p \rightarrow \: ^2H + e^+ + \nu_e

Reaksi ini disebut juga dengan pp-neutrino.

Menurut teori, jumlah neutrino-elektron yang dihasilkan oleh pp-neutrino ini akan sampai di Bumi dengan jumlah 60 miliar (ribu-juta, ada sembilan nol) per satu sentimeter kuadrat setiap detik.

Tapi neutrino-elektron dari pp-neutrino ini memiliki energi sangat rendah sehingga sulit dideteksi. Sehingga, prediksi dari teori tadi sulit dibuktikan.

Inilah yang dideteksi oleh eksperimen The Borexnino.

Prinsip eksperimen The Borexnino adalah menangkap neutrino-elektron dari pp-neutrino ini di dalam likuid khusus. Likuid ini akan bercahaya jika ada neutrino-elektron dari pp-neutrino yang melintasinya. Likuid ini diletakkan dalam bejana raksasa dan bejana raksasa ini diletakkan di bawah tanah, tepatnya di bawah gunung Gran Sasso, Italia. Diletakkan di bawah tanah adalah untuk mengurangi partikel-partikel lain yang tidak diinginkan. Partikel-partikel dari luar angkasa yang berenergi tinggi akan tertahan oleh lapisan tanah.

Kanal menuju ruang eksperimen The Borexino di bawah gunung Gran Sasso, Italia.

Detektor likuid ini dibangun dengan sangat apik. Meskipun prinsip kerjanya sederhana, tapi ilmuwan berhasil menangkap neutrino-elektron dari pp-neutrino sebanyak 66±7 miliar per satu sentimeter setiap detik – jumlah yang sesuai dengan prediksi teori.

Artinya, pemahaman kita terhadap Matahari (khususnya) dan Alam Semesta (umumnya) masih benar…

Lanjut ke Bagian 2.

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

6 thoughts on “10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 1)”

Leave a Reply