Physics and Chemistry Baryogenesis ~antimateri~

by Agus Purwanto (Fisika ITS)

Pada tahun 1930 untuk pertama kalinya PAM Dirac memprediksi keberadaan antimateri tepatnya antielektron yakni partikel yang sifatnya persis elektron kecuali muatan listriknya. Setelah prediksi ini dibuktikan secara eksperimental oleh Anderson, maka wacana antimateri terus berkembang dan di kalangan ahli fisika mulai terbangun opini bahwa setiap materi mempunyai pasangan berupa antimateri, misalnya proton mempunyai pasangan antiproton, neutrino dengan antineutrino dan seterusnya.
Sifat menarik dari materi dan antimateri ini adalah tatkala keduanya bertemu terjadilah yang disebut pair annihilation (pemusnahan pasangan) dan muncul foton seperti dalam kasus anihilasi elektron-positron. Singkatnya materi akan dimusnahkan oleh antimaterinya dan sebagai gantinya adalah munculnya gelombang elektromagnetik.
Namun antimateri hanya sedikit dibumi dan keberadaannya dalam jumlah besar hanya di akumulator antiproton di Fermilab dan CERN. Antimateri juga sedikit dalam sistem tatasurya matahari kita. Kenyataan bahwa Neil Amstrong bertahan hidup setelah mengarungi ruang angkasa dan keluyuran di permukaan bulan adalah indikasi bahwa bulan terbuat dari materi dan bukan antimateri.
Memang berbagai pengamatan kosmologis sampai pada kesimpulan bahwa materi lebih dominan atas antimateri. Perkiraan perbandingannya untuk setiap tiga puluh juta satu (30.000.001) kuark (partikel elementer pembentuk hadron) terdapat tigapuluh juta (30.000.000) antikuark. Dengan kata lain saat ini terdapat asimetri antara materi-antimateri. Terdapat kelebihan proton atas antiproton, terdapat kelebihan barion -fermion dengan spin tengahan 1/2, 3/2 ...yang berinteraksi kuat- atas antibarion. Jumlah akhir barion-antibarion yang bukan nol inilah yang dikenal sebagai asimetri barion.
Di satu sisi teori kosmologi tidak memberikan alasan mendasar untuk menyatakan bahwa saat awal penciptaan jagat memang tidak simetri. Artinya, alam semesta kita ini pada mulanya simetri sempurna, sebelum kemudian mengalami berbagai perusakan simetri saat suhu jagat menurun sesuai alam semesta yang terus berkembang bahkan sampai kini. Ibarat jabang bayi yang baru lahir, postur tubuhnya relatif simetri antara bagian kanan dan kirinya. Rambut acaknya justru menggambarkan kesimetrian. Namun sesuai perjalanan waktu, kepala sang anak jadi agak benjol sebelah karena saat tiga bulan pertama sang ibu lalai dan membiarkan sang bayi terus menoleh ke arah tertentu begitu bangun tidur. Demikian pula rambutnya yang disisir ke arah kanan telah mengurangi kesimetrian left-right pattern dari rambutnya. Kita pun banyak menyaksikan orang dewasa yang terpaksa diamputasi salah satu anggota badannya sehingga makin menurunkan derajat kesimetrian fisiknya. Sang bayi pun masih belum berfikir apapun, masih suci dan mungkin bisa dimatematiskan bahwa pikiran buruk dan baiknya sama sehingga resultannya nol alias tidak berpikir mana yang baik maupun yang buruk. Setelah dewasa, banyak orang yang berpikirnya menjadi miring alias tidak simetri ! Yang jelas, alam semesta awal tidak simetrik serta tidak memenuhi persyaratan kondisi alam saat inflasi.
Pertanyaannya, bila alam semesta mulanya simetri termasuk materi-antimateri bagaimana fenomena asimetri barion ini bisa dijelaskan? Nah, teori yang menjelaskan terjadinya asimetri barion ini disebut baryogenesis, yakni lahirnya (netto) bilangan barion yang tidak nol. Banyak teori atau mekanisme diperkenalkan orang, namun demikian semua mekanisme itu harus memenuhi tiga persyaratan yang dikemukakan oleh fisikawan pemberontak asal Rusia Andrei Shakarov. Kondisi yang harus dipenuhi untuk terjadinya baryogenesis yang dikenal sebagai Kriteria Shakarov ini adalah :
1. Penyimpangan simetri bilangan barion.
2. Penyimpangan simetri konjugasi muatan listrik (charge violation) dan penyimpangan konjugasi muatan paritas (P violation, atau keduanya disebut sebagai CP violation.
3. Proses harus terjadi dalam keadaan out-of equlibrium.
Syarat penyimpangan simetri bilangan barion cukup jelas adanya, sebab bila bilangan barion tidak berubah maka jagat awal yang simetrik atas barion juga akan menghasilkan kesimetrian sampai saat ini. Syarat berikutnya mengatakan bila konjugasi muatan kekal, maka bilangan barion yang dihasilkan oleh suatu interaksi akan dihapus oleh antibarion dari interaksi antipartikelnya. Syarat terakhir bisa dijelaskan sebagai berikut. Kondisi kesetimbangan termal berarti sistem dalam keadaan stasioner yakni tidak ada kebergantungan terhadap waktu. Karenanya jika alam semesta mulanya adalah simetri maka selamanya juga akan simetri. Kondisi Shakarov yang diajukan tahun 1967 ini saat itu merupakan gagasan berani. Pasalnya, saat itu tidak teori yang mengisyaratkan adanya baryon number violation sampai kurang lebih tujuh tahun kemudian ketika teori kemanunggalan agung (GUT) dikemukakan oleh H.Georgi dan S.L. Glashow.
Ada beberapa teori baryogenesis, sebut saja baryogenesis GUT, elektrolemah, spontan, charge condensate, penguapan black hole, dan baryogenesis topogical defects serta baryogenesis via leptogenesis. Baryogenesis GUT adalah teori baryogenesis yang pertama kali diperkenalkan orang karena GUT secara alamiah memberi penyimpangan bilangan barion sebagai akibat dari unifikasi partikel kuark dan lepton. Selanjutnya, karena fermion dalam representasi chiral maka konjugasi muatan menyimpang secara maksimal. Penyimpangan CP didapatkan jika konstanta kopling kompleks serta ada tree level dan diagram satu loop yang berinterferensi.
Penyimpangan dari kesetimbangan termal juga secara alamiah dipenuhi karena skala unifikasi yang sangat tinggi karenanya laju peluruhan partikel Higgs maupun boson gauge lebih kecil dibanding ekspansi jagat raya saat itu.

Source : http://agorsiloku-sains.blogspot.com/2006/06/baryogenesis-anti-materi.html

 

Hai, IDWS Mania! Mohon bantuannya supaya IDWS berkembang dengan ikuti sosial media kami di:
Discord Forum IDWS - Facebook IDWS - Instagram IDWS - Twitter IDWS