Menarik membaca berita hari ini, satu koneksi buruk menyebabkan ‘mesin penghancur atom’ ditutup, hanya setelah beberapa hari dioperasikan.
Kesalahan yang hanya disebabkan oleh satu penyolderan yang buruk dari
10ribu koneksi adalah sebuah kesalahan kecil, tetapi menyebabkan
pengoperasian menjadi tertunda dalam jangka waktu lama, ditambah lagi
biaya operasionalnya yang besar. Paling tidak pengoperasian berikutnya
baru bisa dilakukan lagi setelah bulan Mei tahun depan.
Eksperimen mesin penghancur atom. Kredit : CERN, Northeastern University, Chicago University
Alat apakah itu? Yang sampai sebegitu rumitnya? ‘Mesin penghancur atom’ itu adalah sebuah alat yang disebut sebagai Large Hadron Collider (LHC) milik CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire/Organisasi
Eropa untuk Riset Nuklir), sebuah alat yang berupa terowongan berbentuk
lingkaran dengan keliling sebesar 27 km, di dalam tanah dalam
perbatasan Swiss-Prancis di Jenewa. Alat tersebut dibuat untuk
mempelajari komponen terkecil dari materi, sehingga bisa menjelaskan
semua benda di dalam alam semesta ini bisa terbuat. Sekaligus bisa
memberikan gambaran seperti apakah ‘big bang’, berdasarkan komponen-komponen terkecil tersebut ada, yang mana ‘big bang‘
sendiri merupakan teori tentang terciptanya alam semesta. Mengapa itu
bisa terjadi, karena dengan LHC, para ilmuan menguji tumbukan-tumbukan
partikel ber-energi sangat tinggi, sehingga bisa ‘melihat’ gambaran
tentang materi pada skala yang sangat-sangat kecil, sebagaimana yang
terbentuk sesaat ketika seper-semilyar detik setelah big-bang.
Lalu? Apa perlunya itu semua penemuan-penemuan partikel yang
sangat-sangat kecil itu? Yang pasti karena memang belum ditemukan
keberedaannya, tetapi upaya tersebut merupakan upaya yang penting dalam
menjelaskan fenomena yang sangat fundamental. Di dalam fisika dikenal
adanya Model Standar yang menjelaskan bagaimana partike-partikel berinteraksi secara fundamental di alam.
Semua persamaan-persamaan dalam Model Standar (kecuali persamaan
gravitasi) menjelaskan gaya dan interaksi di alam tanpa menyertakan
adanya besaran massa. Agar setiap partikel elementer di alam mempunyai
bobot massa, secara hipotesa diperkenalkan adanya partikel elementer
skalar masif, yang disebut sebagai High-Bosson. Disebut sebagai
hipotesa, karena keberadaannya belum ditemukan, melainkan merupakan
perumusan fisika dari medan Higgs, (dari nama fisikawan Peter Higgs).
Secara umum disebut sebagai partikel Higgs-Boson.
Oleh karena itu, untuk mempelajari keberadaannya, para fisikawan
harus ‘menghancurkan’ partikel-partikel sampai ke tingkat di mana semua
menjadi komponen paling elementer yang bisa diperoleh, menjadi energi,
yang kemudian termaterialisasi kembali sebagaimana apa adanya. Medan
Higgs, jika ada akan menyebabkan ketika partikel dihancurkan sampai
menjadi quark, atau partikel-partikel lain, akan mempunyai ke-khas-an
bergantung massa. Semakin besar massa, semakin banyak hancur menjadi
bentuk partikel lebih kecil bahkan sampai menjadi energi, yang akan
direkam dan diperhitungkan oeh detektor, jika dihancurkan oleh mesin
penghancur partikel. Kemudian ketika berkondensasi maka akan kembali
menjadi partikel-partikel, bahkan bila mungkin akan menjadi partikel
yang sebelumnya pernah ditemukan. Masalahnya adalah, sejauh yang telah
dilakukan, tumbukan partikel selalu menghasilkan jenis partikel yang
sama, sehingga ada hal hal lain yang harus diperhatikan.
Fisika energi tinggi adalah mengenai statistik. Sedangkan quantum itu
berisi ‘ketidakpastian’, di mana interaksi pada tingkat sub-atomik
merupakan kejadian yang berlangsung secara acak, sehingga sekalipun
tidak ada kejadian fisika yang terjadi, tetapi data pengamatan
menunjukkan adanya ‘kejadian menarik’. Oleh karena itu, untuk
mendapatkan sesuatu ‘kejadian yang berulang’, (yang artinya memang
sesuatu memang terjadi), maka harus dilakukan pengukuran secara terus
menerus dalam jangka waktu yang panjang dengan kalibrasi pengukuran yang
tetap terjaga selama pengukuran tersebut berlangsung. Hanya dengan satu
kejadian saja tidak akan cukup untuk mengatakan bahwa sesuatu itu
‘ada’.
Jadi, LHC adalah mesin besar yang akan menghancurkan atom-atom
sehingga bisa membuktikan bahwa Higgs Bosson (partikel Higgs) itu memang
benar ada? Itu adalah salah satu alasan, tetapi alasan yang paling
fundamental (raison d’être) adalah berdasarkan persamaan
fundamental hubungan massa energi yang sangat terkenal dan dirumuskan
oleh Albert Einstein: E = mc2. Sehingga dengan mempercepat
partikel-partikel (dalam hal ini partikel-partikel yang dipergunakan
adalah hadron, yaitu proton dan timbal), mencapai kelajuan yang hampir
mencapai laju cahaya, kemudian ditumbukkan maka energinya menjadi sangat
luar biasa sehingga bisa berubah menjadi partikel-partikel jenis yang
lain. Dari konversi materi-energi ini lah diharapkan akan tercipta
materi-materi yang mungkin tercipta pada saat awal alam semesta ada dan
hanya tercipta sesaat sebagai penyusun awal alam semesta.
Sebagaimana namanya, LHC mempergunakan Hadron untuk ditumbukkan, dan dua jenis hadron yaitu proton dan/atau timbal, karena:
- Keduanya bermuatan, sehingga bisa dipercepat oleh gaya elektromagnetik yang diciptakan oleh peralatan.
- Keduanya tidak mudah meluruh karena berat dan tidak akan kehilangan banyak energi ketika dipercepat di dalam lingkaran.
Jika memang demikian yang terjadi, lalu apa istimewanya sehingga
pencarian partikel ini bisa berdampak besar bagi ilmu pengetahuan dan
juga pemahaman kita tentang alam semesta?
Partiel Higgs boson, dikenal juga sebagai partikel Tuhan, karena jika
memang benar ada, partikel tersebut bisa menjelaskan banyak hal yang
berkaitan keberadaan fisik benda-benda yang ada di seluruh alam semesta.
Secara umum, studi dari LHC diharapkan bisa menjawab beberapa
pertanyaan, yang pertama tentunya keberadaan partikel Higgs boson.
Selain itu, beberapa hal yang lain adalah:
Partikel Simetri Super. Semenjak awal tahun 1970-an, studi teori
String telah dilakukan untuk menjawab impian Einstein yang belum
terjawab, yaitu menyatukan semua teori menjadi Teori Tunggal (unified
theory), yaitu hanya ada satu teori yang bisa menjelaskan interaksi
semua gaya dan materi di alam semesta. Menurut teori simetri super,
setiap spesies partikel (elektron, quark, neutrino, dll), simetri super
menyebabkan keberadaan spesies pasangan – disebut sebagai spartikel
(selektron, squark, sneutrino, dll) -, yang sampai sekarang belum pernah
ditemukan. Dibutuhkan tumbukan yang lebih hebat sehingga spesies
tersebut bisa ditemukan, (bila memang ada). LHC diperhitungkan cukup
kuat untuk mengamati keberadaannya. Dan bila memang ditemukan, bisa juga
memberi gambaran mengenai materi gelap – materi yang tidak memberikan
informasi cahaya, dan hanya diketahui dari pengaruh gravitasinya. Materi
gelap ada melimpah di dalam alam semesta ini, dan diduga bahwa materi
gelap tersusun dari spartikel.
Partikel Antardimensi. Pemahaman kita pada ruang lebih banyak
dipahami sebagai ruang dalam tiga dimensi, seperti kiri-kanan,
atas-bawah, depan-belakang. Einstein sendiri telah menunjukkan bahwa
ruang yang kita pahami lebih dari yang bisa kita lihat karena gravitasi
merupakan kelengkungan dalam dimensi ruang (dan waktu), sehingga
membongkar pemahaman kita akan ruang dan waktu. Sekarang, dengan adanya
LHC, saatnya membuktikan. Dari perhitungan mempergunakan teori String,
ada serpihan kecil akibat tumbukan proton yang terlempar keluar dari
dimensi ruang yang kita kenal dan ‘terperangkap’ pada dimensi yang lain,
ditandai dengan hilangnya sejumlah energi yang dibawa oleh serpihan
tersebut. Tetapi kita masih belum tahu seberepa kuat tumbukan tersebut
dibutuhkan sehingga proses tersebut terjadi, karena angkanya sendiri
bergantung pada ketidaktahuan yang lain: seberapa kecil/besar dimensi
ekstra, (jika memang ada). Ada atau tidak, pengujian dengan LHC tetap
dilakukan dan hasilnya akan menentukan itu.
Hal yang lain adalah, Lubang Hitam Mikro. Studi dari teori String
juga memberikan pendapat bahwa dengan tumbukan, maka lubang hitam bisa
terbentuk, memungkinkan studi terhadap lubang hitam dilakukan dalam
laboratorium. Hal tersebut dimungkinkan karena dengan pertumbukan
proton-proton, ada suatu saat ketika energi tersekap dalam suatu ruang
yang sangat kecil, sedemikian sehingga lubang hitamg yang sangat sangat
kecil terbentuk. Tentulah sudah menjadi pemahaman umum bahwa lubang
hitam adalah pemakan segalanya, bahkan cahaya pun bisa tersedot ke
dalamnya. Jadi, apakah tidak menjadi berbahaya kalau lubang hitam
tercipta dalam laboratorium akan menghisap semua materi yang ada di
sekitarnya, bahkan menghisap Bumi kita? Tentu tidak!
Menurut Stephen Hawking, bahkan lubang hitam mengalami pemusnahan,
sehingga lubang hitam yang sangat sangat kecil tersebut akan lenyap
dalam fraksi kecil seper per per sekian detik, sehingga sangat pendek
untuk menjadi sebuah bencana, tetapi cukup lama bagi para ilmuan untuk
mendapatkan manfaat kelimuan dari informasi yang sesaat tersebut.
Tetapi, bila teori Hawking salah? Di dalam alam semesta ini, banyak
sekali ‘mesin penghancur atom’ yang jauh lebih kuat dari LHC, dan tidak
pernah dijaga sistem energinya. Bintang-bintang dan galaksi-galaksi
adalah ‘mesin penghancur atom’ alamiah, dan hasil proses mesin tersebut,
dikenal sebagai berkas kosmis, secara terus menerus menghujani Bumi,
dengan tingkat energi yang jauh lebih besar daripada LHC, tetapi Bumi
tetap ada, sehingga LHC masih bisa dikatakan lebih jinak dibandingkan
semua proses yang terjadi di alam.
Apakah memang itu semua kandidat-kandidat partikel yang dihasilkan
oleh LHC? Akankah semua penemuan tersebut bisa menjadikan teori tunggal
yang bisa menjelaskan alam semesta? Toh penamaan partikel Tuhan
mempunyai pretensi bahwa penemuan tersebut akan mengarahkan pada teori
penyatuan agung alam semesta? Secara berseloroh, Stephen Hawking berani
bertaruh $100 bahwa LHC tidak akan menghasilkan partikel Tuhan yang
belum tentu jelas keberadaannya, dan semuanya harus kembali ke awal.
Tentunya jika benar demikian, membutuhkan kerendahan hati untuk mengakui
bahwa teori yang dikembangkan pun bisa salah, atau dikarenakan teori
yang tidak lengkap, yang pasti menyebabkan seseorang harus mulai lagi
dari awal.
Di sisi lain, eksperimen membuka kemungkinan yang lain, bisa saja
bukan partikel Higgs, mungkin lubang hitam tidak seperti yang pernah
kita bayangkan, tetapi bukan tidak mungkin sesuatu yang tidak kita
pikirkan sebelumnya terjadi, dan itu membutuhkan penjelasan yang baru.
Lalu apakah penjelasan tersebut bisa menjelaskan segalanya? Dengaan
teknologi yang sangat mahal (mencapai US$ 8 milyar dari hasil kongsi 60
negara) dan canggih tentunya, apakah akan bisa membuka rahasia alam
semesta? Tidak mudah menjawabnya, karena melihat kenyataan, baru
beberapa hari berfungsi saja sudah mengalami gangguan, itu adalah contoh
kecil bahwa untuk memahami alam semesta bukanlah pekerjaan yang mudah.
Tidak hanya tantangan teknis, tetapi belajar dari sejarah, sampai
dengan abad ke -19, atom dipercaya sebagai komponen paling dasar
penyusun materi, dan tidak bisa dipecah-pecah lagi. (Atom berasal dari
bahasa Yunani yang artinya ‘tidak terbagi’). Tetapi alam selalu
menunjukkan hal-hal yang tidak terbayangkan sebelumnya, J. J. Thomson
menemukan elektron, yang artinya, artinya atom masih bisa dibagi lagi
menjadi komponen yang lebih kecil. Lebih jauh, Ernest Rutherford
menunjukkan bahwa atom tersusun dari adanya ruang-ruang kosong, karena
atom tersusun dari elektron-elektron yang ‘mengorbit’ terhadap inti, dan
massa atom ditentukan oleh massa inti. Dan terus menerus pemahaman
manusia terhadap alam semesta diaduk-aduk, mulai dari teori Einstein
yang menyatakan bahwa ruang-waktu tidaklah mutlak. Materi
memelengkungkan ruang, ruang mengarahkan bagaimana materi bergerak.
Cahaya adalah gelombang sekaligus partikel. Energi dan materi adalah
sama, dan bisa berubah satu sama lain. Realitas menjadi sesuatu yang
tidak bisa ditentukan secara pasti. Sampai saat ini pun, masih banyak
hal-hal di alam yang belum bisa dijawab, kalau tidak, untuk apa ada
proyek ambisius seperti LHC ini bukan? Seperti juga perjalanan studi LHC
memberikan kita pelajaran: alam semesta tidak akan dengan mudah membuka
rahasianya, dan itu hanya bisa dilakukan, hanya jika kita dengan
sungguh-sungguh, tekun, tabah dan rendah hati mempelajari fenomena alam.