Siapa yang peduli dengan partikel? Mengapa fisikawan yang berspesialisasi di dalamnya begitu tertarik pada mereka?
Faktanya, kita tidak tertarik pada partikel sendiri.
Inilah analogi untuk Anda: bayangkan Anda tertarik pada kota-kota Kekaisaran Romawi dan bagaimana fungsinya. Karena itu, Anda dapat mulai mempelajari arsitektur Romawi. Anda mungkin tertarik pada bagaimana mereka membangun bangunan dan saluran air mereka. Kemudian, mungkin, Anda akan beralih ke keandalan lengkungan dan fondasi mereka, dan dari mereka ke properti batu bata dan mortir. Tetapi Anda tidak tertarik pada batu bata dan mortir - ini hanya sarana untuk mencapai tujuan. Anda ingin menganggapnya sebagai bagian dari masalah desain dan konstruksi bangunan Romawi yang lebih umum, keindahan dan keandalannya, yang memungkinkan mereka bertahan hidup berabad-abad.
Alam adalah arsitek paling subur dan kuno. Kita hidup dikelilingi oleh keindahan dan misteri - pohon ek dan gunung berapi, matahari terbenam dan badai, bulan yang indah dan butiran pasir yang tak terhitung banyaknya di pantai. Beberapa abad yang lalu, para ilmuwan menyimpulkan bahwa keragaman arsitektur ini dapat lebih dipahami jika kita menganggap bahwa materi terdiri dari berbagai atom - "elemen". Jadi mereka mulai tertarik pada atom, bahan dasar "dasar" alam, seperti yang mereka pikirkan.
Tetapi, ternyata, ini hanya permulaan, karena ternyata ada puluhan jenis atom yang berbeda, yang sangat berbeda dalam transformasi kimia dan kemampuan memancarkan cahaya. Dalam upaya untuk memahami keanekaragaman dan perilaku atom, para ilmuwan menyadari bahwa mereka juga merupakan bentuk arsitektur yang dibangun dari partikel yang lebih kecil: elektron yang mengelilingi inti atom, dipertahankan utuh dengan memperkuat kekuatan listrik mereka. Dan di dalam nukleus itu sendiri, ada juga arsitektur, dengan proton dan neutron tetap utuh dengan memperkuat interaksi kuat mereka. Sepanjang jalan, kekuatan lain ditemukan, interaksi lemah, sering kali lebih merusak daripada kekuatan kreatif.
Penemuan tingkat arsitektur baru tidak hanya memungkinkan untuk menjelaskan proses kimia dasar, serta emisi dan penyerapan cahaya, tetapi juga memberikan akses untuk mengungkap rahasia lainnya - prinsip-prinsip pengoperasian bintang, radioaktivitas, serta akses ke bahaya besar yang tersembunyi dalam energi inti. Pendekatan batu bata dan semen telah menjadi kunci untuk membuka banyak rahasia sepanjang abad ke-20.
Ini, tentu saja, adalah sketsa kuasi-historis, dan bukan cerita yang tepat dari kisah itu. Kisah nyata lebih kaya, lebih kompleks dan terletak di luar kemampuan saya.
Pada 1950-an, diketahui bahwa proton dan neutron inti atom memiliki banyak sepupu:
hadron lain dengan nama seperti
peony ,
kaon ,
delta baryon ,
ro meson , dan lainnya. Kompleksitas ini adalah tanda dari arsitektur lain. Pada awal 1970-an, sebuah ide baru muncul tentang partikel-partikel ini sebagai objek yang terdiri dari
quark , antiquark, dan
gluon , yang disatukan oleh interaksi yang kuat.
Para ahli fisika partikel adalah ilmuwan yang tertarik pada arsitektur alam di tingkat batu bata dan semen, keandalan dan kehancurannya. Apa blok bangunan fundamental yang menyatukan atau memisahkan mereka? Bagaimana mereka mengatur dan membentuk dasar dari berbagai macam struktur yang kita amati di alam semesta?
Sejak awal 1960-an, pemahaman secara bertahap datang bahwa sifat-sifat dunia yang kita huni memerlukan kehadiran beberapa substansi yang mengisi Alam Semesta - bidang yang bukan nol, sebagaimana kita sebut medan Higgs - yang memengaruhi sifat-sifat banyak partikel di alam. Tanpa bidang Higgs, arsitektur di sekitar kita akan runtuh. Memahami apa bidang ini dan bagaimana kerjanya adalah salah satu proyek utama para ahli fisika partikel saat ini, dan pembenaran utama untuk pembangunan Large Hadron Collider (LHC). Rahasia apa yang akan terungkap selama penelitian? Belum ada yang tahu.
Lalu mengapa fisikawan perlu membangun "penghancur atom" raksasa?
Oh, betapa aku benci istilah ini! Kami tidak bertabrakan dengan atom, kami bertabrakan dengan partikel subatom: proton yang 100.000 kali lebih kecil dari atom (dalam radius), atau elektron yang 1.000 kali lebih kecil dari proton! Ini adalah cara membingungkan tabrakan planet dengan tabrakan dua kapal tanker minyak atau dua peluru.
Oke, nona-nona, tenanglah. Jadi mengapa fisikawan harus bertabrakan proton atau partikel subatom lainnya? Apakah mungkin untuk melakukan sesuatu yang kurang merusak?
Sebuah analogi sering diberikan bahwa penggunaan colliders (atau, lebih tepatnya, colliders partikel subatomic) dalam fisika adalah seperti memecah kronometer yang akurat dalam upaya untuk mempelajari pekerjaan mereka pada bagian yang dipancarkan dari mereka. Analogi ini masuk akal, tetapi tidak memperhitungkan sesuatu yang penting.
Tabrakan partikel subatomik dari energi ultrahigh bukan hanya tindakan penghancuran. Sebagian besar merupakan tindakan penciptaan.
Ini adalah properti alam yang menakjubkan - jika Anda mendorong banyak energi ke ruang yang cukup kecil, kadang-kadang partikel dapat dihasilkan darinya yang sebelumnya tidak ada. Untuk inilah kita mengatur tumbukan partikel berenergi tinggi. Teknologi dengan kompresi energi adalah satu-satunya teknologi yang dikenal yang memungkinkan untuk mendapatkan partikel baru atau sangat langka yang belum pernah dilihat orang sebelumnya. Sebagai contoh, kita tidak memiliki cara lain untuk mendapatkan partikel Higgs.
Jadi kami tidak tertarik dengan bentrokan arloji. Kami sudah tahu banyak tentang mereka - kami sudah cukup memahami proton yang bertabrakan di LHC. Kami berharap menemukan sesuatu yang tidak ada di arloji - kami telah mempelajari quark dan gluon, batu bata, dan semen proton dengan cukup detail. Kita harus mengubah analoginya. Sebaliknya, kami mendorong jam bersama-sama dengan harapan bahwa ponsel akan muncul sebagai hasil dari energi tabrakan.
Kedengarannya sangat gila. Tetapi alam luar biasa dan tidak biasa, dan partikel-partikel berat yang langka diciptakan di LHC setiap hari. Untuk menciptakan partikel Higgs, dan, mungkin, fenomena tak terduga lainnya, kita mengorbankan proton di altar LHC.