NOBEL FISIKA TEORI GAYA NUKILIR KUAT

Nobel fisika tahun ini jatuh pada tiga fisikawan Amerika yaitu David Groves (University of California Santa Barbara), David Politzer (University institut of Technology), dan frank Wilezek (Massachusetts Institute of Tecnology) penghargaan itu diberikan untuk jasa mereka dalam menjelaskan gaya kuat yang mengikat quark didalam proton atau Newton.

Hingga saat ini partikel elementer yang diakui oleh mayotitas ilmuan adsalah enam buah quark, partikel mediator interaksi, serta lepton (electron dan newtrino). Gaya electron magnetic yang dibawa oleh lepoton mula-mula dijelaskan oleh Richard Feynman melalui teori elektrodinamika kuantum (QED). Namun, lepton juga membawa gaya nuklir lemah (weak force). Kedua jenis gaya ini akhirnya diatukan oleh Abdus Salam dan Steven We inberg ( serta Sheldon Glashow) dalam stau kerangka teori yang disebut model standar.

Gaya yang dibawa oleh quark berbeda dengan kedua jenis gaya tadi. Gyaa ini dinamakan gaya nuklir kuat. Ide gaya ini pertama kali dicetuskan Hideki Yukawa pada tahun 1935 unutk menjelaskan gaya yang mengikat proton dan neutron dan neutron di dalam deuteron.

Yuaka mengusulkan, gaya gaya kuat dimediasi oleh partikel yang tidak mematuhi larangan Pauli yang akhirnya dikenal sebagai pion. Teori modern saat ini menjelaskan gaya kuat bekerja pada partikel paling elementer, yaitu quark . Quark-quark itu diikat dengan kuat oleh partikel mediator yang disebut gluon (dari kata qlue).

Namun, eksperimen memperlihatkan bahwa, quark tidak pernah bebas dari “penjara” yang disebut fisikawan partikel sebagai confinement, Quark hanya dapat eksis beruaan dengan antinya (membentuk meson) atau bertiga membentuk meson atau bertiga membentuk neukleon) proton dan neutron). Penemuan terakhir mmeperlihatkan ada kemungkinan quark dapat juga eksis berlima membentuk partikel eksotrik pentaquark.

Ketakberdayaan quark unutk hidup sendirian diluar proton telah menghasilkan problem tersulit dalam fisika partikel saat itu. Eksperimen memperlihatkan, jika dua buah quark di dalam proton dicoba unutk dijauhkan, gaya ikat kedua quark tersebut akan semakin besar. Kalaupun hal ini dipaksakan dengan cara menambah energi kinetik pada kedua quark tersebut, huum kekekalan energi akhirnya turun tangan, dua partikel baru yang juga disusun oleh quark terbentuk.

Sudah lama diketahui orang bahwa kuatnya ikatan gaya elektromagnetik yang dinyatakan dalam Ols dan sering disebut konstanta kovling bervariasi terhadap energi. Jika energi dinaikan, konstanta kopling akan naik. Secara teknis dikatakan bahwa turunan fungsi tersebut positif. Turunan fugsi ini kemudian dikenal sebagai fungsi beta. Karena Ols sangat kecil, teori gangguan Feynamn dapat bekerja dengan baik untuk intraksi elektro magnetik. Tidak demikian halnya pada intraksi kuat. Di sini konstanta kopling uang disebut Ols sangat besar sehingga teori gangguan Feynamn tidak dapat dipakai. Lebih parah lagi jika konstanta kopling tersebut bertambah besar pada energi tinggi.

Pada tahun 1970, Kurt Symanzik-seorang fisikawan Jerman-menyadari bahwa satu-satunya cara untuk membuat teori quark bekerja sebaik teori QED adalah dengan mencari fungsi beta yang negatif. Dengan fungsi ini, problem gaya ikat quark yang semakin kuat jika berjauhan namun semakin lemah jika berdekatan dapat diselesaikan.

Namun, Syamzik tidak dapat menemukan fungsi tersebut hingga akhir hayatnya. Fisikawan Belanda Gerardus ‘t Hooft (yang mendapatkan hadiah Nobel dua tahun lalu) hampir saja memperoleh solusinya sayangnya mayoritas fisikawan pada saat itu sudah hampir putus asa.

Pada tahun 1973 david Gross dan Frank Wilczek, serta secara idependen David Politezer, mempublikasikan hasil physical Review Letters. Ketiganya memperlihatkan bahwa fungis beta tadi dapat negatif. Menurut teori mereka, partikel mediator gaya yang disebut gluon memiliki sifat yang tak terduga sebelumnya. Gluon dapoat berintraksi sesama mereka.

Hal ini berbeda dengan foton. Karena intraksi ini, maka semakin dekat jarak antara dua quark, maka semakin sedikit intraksi gluon yang berakibat semaikn lemahnya gaya antar–quark. Quark akan semakin mendekat jika energi kineti mereka bertambah. Pada jarak yang sangat dekat, eksperimen membuktikan bahwa quark-quark didalam nucleon bersifat hampir bebas. Sebaliknya, jika jarak antar –quark bertambah, interaksi gluon akan semakin mengikat kedua quark sehingga quark tetap terpenjara hingga hukum kekalan energi menentukan nasib mereka. Sifat seperti ini dinamakan kebebasan asimpototik (asymptotic freedom).

Dengan ditemukannya kebebasan asimpotik ini muncullah teori baru yang disebut sebagai kromodinamika kuantum (QCD) karena di dalam teori ini quark memiliki factor “ warna” yang dapat diubah oleh gluon.

Factor “warna” pada awalnya diperkenalkan unutk membuat quark mematuhi larangan Pauli. Partikel-partikel yang teramati dalam eksperimen dibangun oleh kombinasi warna yang menghasilkan warna “ netral”. Sebagai akibatnya, gluon harus membawa “warna-warna” dari quark yang berintraksi. Oleh karena itu, gaya kuat pada quark sering disebut juga sebagai gaya warna (color force).

Dampak lain dari QCD adalah membuka jalan untuk penyatuan gaya-gaya fundamental. Mungkin, hanya gaya gravitasi yang masih sulit digabungkan saat ini, kecuali jika teori superstring mengalami kemajuan yang sangat menakjubkan.

Ketiga gaya lainnya tampaknya lebih mudah disatukan seperti diperlihatkan pada gambar 2. pada energi pada sekitar 1015 (lima belas angka nol setelah angka satu) miliar electron volt terlihat bahwa ketiga gaya dapat dijelaskan dengan menggunakan satu teori saja. Namun, hal ini hanya dapat direalisasikan jika model standar digabungkan dengan teori supersimetri. Jika model standar digabungkan digabungkan dengan teori supersimetri. Jika supersimetri ini dapat ditemukan, pluang untuk menyatukan gaya keempat (gravitasi) juga sangat terbuka.

Jadi, penemuan ketiga fisikawan ini memang sngat penting bagi pengetahuan umat manusia tentang unsur-unsur dasar pentnyusun jagat raya, serta cara mereka berintraksi satu sama lain.