Fisikawan Northwestern Menahan Satu Positron Antimateri Selama Berbulan-bulan

Antimateri bukan bahan yang mudah ditangkap. Itu sebagian alasan mengapa partikel ini masih sangat misterius. Namun tim fisikawan di Northwestern University berhasil menahan satu partikel antimateri selama berbulan-bulan. Partikel itu didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak sehingga keadaan kuantumnya dapat dikendalikan dengan presisi tinggi, bahkan tanpa menyentuhnya. Eksperimen yang terbit di Physical Review Letters tersebut dinilai sebagai lompatan dalam upaya memahami salah satu teka-teki terbesar fisika.

Secara teori, antimateri seharusnya tersebar di mana-mana. Matematika memprediksi bahwa setiap partikel materi memiliki pasangan antipartikel, dan para ilmuwan telah membuktikannya lewat eksperimen. Semestinya alam semesta mengandung jumlah materi dan antimateri yang setara. Kenyataannya, hampir semua yang dapat diamati tersusun dari materi biasa, dan hingga kini penyebabnya belum diketahui.

Partikel antimateri dapat dibuat di laboratorium, tetapi mempelajarinya tetap sangat sulit. Begitu sebuah antipartikel bersentuhan dengan materi biasa, keduanya saling memusnahkan dan melepaskan energi. Agar fasilitas penelitian tidak meledak, ilmuwan memakai ruang vakum dan medan elektromagnetik yang menahan antipartikel tetap terisolasi. Cara itu hanya menyelesaikan sebagian masalah. Meneliti partikel tersebut, terutama menguji perilakunya pada skala kuantum, masih menjadi tantangan.

Positron ditahan dalam perangkap kuantum

Dalam eksperimen ini, peneliti Northwestern menangkap sebuah positron, antipartikel dari elektron. Tim yang dipimpin Gerald Gabrielse mengembangkan perangkat bernama single-positron quantum cyclotron. Alat itu menggunakan medan listrik dan medan magnet untuk menahan positron di dalam vakum pada suhu mendekati nol mutlak. Pada kondisi tersebut, partikel antimateri berada pada tingkat energi terendahnya, sehingga peneliti dapat memicu perubahan perilaku kuantum secara terkendali.

Berbeda dari sejumlah metode lain dalam fisika partikel, pendekatan ini tidak menghancurkan partikelnya. Karena itu, satu antipartikel tersebut dapat tetap terperangkap selama berbulan-bulan. Penahanan yang panjang membuat peneliti dapat mengulang pengukuran terhadap partikel yang sama, sesuatu yang tidak mungkin dilakukan bila antipartikel langsung musnah saat diamati.

Membandingkan sifat magnetik elektron dan positron

Apa yang bisa dipelajari dari penjinakan partikel antimateri? Ilmuwan mengetahui bahwa materi dan antimateri memiliki sifat yang sangat mirip. Sebagai contoh, elektron dan positron memiliki massa yang persis sama, meski muatan listriknya berlawanan. Namun masih ada pertanyaan tentang seberapa mirip kedua bentuk materi itu, dan apakah terdapat perbedaan kecil yang luput dari eksperimen yang dilakukan selama ini.

Untuk menjawabnya, peneliti ingin membandingkan sifat magnetik kedua partikel. Fisikawan sudah melakukan pengukuran sangat presisi pada elektron, tetapi mencapai tingkat presisi yang sama pada positron terbukti lebih sulit. Menurut American Physical Society, perangkat baru ini dapat memungkinkan pengukuran partikel antimateri sekitar 30 kali lebih presisi dibandingkan kemampuan ilmuwan sebelumnya.

Sejauh ini, eksperimen tersebut belum menunjukkan perbedaan tak terduga antara kedua partikel. Yang dicapai peneliti adalah peningkatan kemampuan mendeteksi perbedaan pada partikel antimateri. Jika pengukuran berikutnya menemukan bahwa positron merespons medan magnet secara berbeda dari elektron, ilmuwan harus merevisi sebagian hukum yang selama ini dipakai untuk menjelaskan perilaku materi dan antimateri.

Sumber: WIRED