PARTIKEL ELEMENTER

A.    TEORI ATOM

Atom adalah partikel kecil dengan ukuran jari-jari 1 Amstrong. Atom bukanlah partikel elementer. John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 memberikan gambaran tentang atom dalam  tiga hipotesis. 1) semua materi dibentuk partikel yang tidak bisadiurai lagi yang disebut atom, 2)  atom-atom pada unsur tertentu memiliki karakter dan massa yang unik, dan 3) ada tiga tipe tipe  atom : unsur molekul sederhana dan molekul komplek.

Joseph Thomson (1856-1940) ilmuwan berkebangsaan inggris berhasil menguraikan partikel  bebas dari atom dalam eksperimen sinar katoda pada tahun 1897. Fenomena ini membuktikan  bahwa atom memiliki struktur internal bukan partikel titik. Partikel bebas bermuatan negatif  yang ditemukan Thomson kemudian dinamakan elektron. Partikel inilah yang pertama  ditemukan oleh manusia. Thomson mengajukan model, atom terdiri dari elektron dan partikel  positif lainnya dengan jumlah yang sama dan terdistribusi merata, sehingga muatan totalnya  adalah nol (netral).

Ernest Rutherford (1871-1937) dengan eksperimen penghamburan partikel memperoleh  kesimpulan bahwa ada partikel proton yang harus bermuatan positif untuk mengimbangi muatan  negatif elektron, sehingga muatan total atom adalah netral.

James Chadwick (1891-1974) pada tahun 1932 menemukan netron sebagai salah satu pembuat  nukleus. Sehingga model atom digambarkan bahwa atom memilikointi dengan elektron mengelilingi inti. Kemudian model seperti ini disempurnakanoleh Niels Bohr dengan mempertimbangkan efek kuantisasi energi atom.

B.     MUNCULNYA TEORI  PARTIKEL ELEMENTER

Proton dan Neutron dianggap merupakan partikel elementer namun eksperimen-eksperimen yang melibatkan tumbukan antar proton atau proton dengan elektron dengankecepatan tinggi menunjukkan bahwa partikel-partikel tersebut tersusun dari partikel-partikel yang lebih kecil.  Partikel-partikel tersebut diberi nama quark oleh seorang fisikawan Murray Gell-Mann yang memenangkan hadiah nobel pada tahun 1969.

Terdapat beberapa jenis quark, dan dipercaya terdapat paling sedikit enam flavor, yang disebut up, down, stange, charmed, bottom, dan top. Setiap flavor terdiri dari tiga warna, yakni merah, hijau dan biru. Perlu ditekankan bahwa istilah-istilah seperti flavor dan khususnya warna hanya  merupakan label atau pengenal saja. Quark jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak sehingga tidak akan memiliki warna dalam keadaan yang sebenarnya. Proton dan netron terdiri dari tiga quark dengan warna yang berbeda. Proton tersusun atas dua quark up dan satu quark down, sedangkan netron tersusun dari dua quark down dan satu quark up.

Kalau ternyata proton dan netron dapat dibagi menjadi partikel-partikel yang lebih elementer. maka partikel elementer apakah yang merupakan penyusun dasar semua benda disemesta? Oleh karenanya pencarian partikel elementer akan terus berlangsung.

C.     MODEL STANDAR PARTIKEL ELEMENTER

Sekarang ini, terdapat 16 partikel elementer dalam model standar. Model standar adalah kerangka bekerja teoritis yang menggambarkan seluruh partikel elementer yang telah diketahui dan dibuktikan keberadaannya secara eksperimen. Ke 16 partikel tersebut digambarkan dalam sebuah diagram seperti pada gambar berikut ini.

Partikel elementer penyusun materi yang berada pada kolom pertama, kedua dan ketiga (12 partikel) masuk dalam kategori fermion, partikel-partikel tersebut mematuhi kaidah yang berlaku pada statistika Fermi-Dirac (dikemukakan oleh Enrico Fermi dan Paul Dirac secara terpisah) diantaranya adalah , memiliki spin kelipatan ½, mematuhi prinsip eksklusi Pauli dan fungsi gelombangnya bersifat antisimetri. Sedangkan yang berada pada kolom terakhir (4 partikel) masuk kategori boson. “Mereka” adalah partikel elementer yang menjadi mediator (perantara) pada proses terjadinya suatu interaksi dan mematuhi statistika Bose-Einstein (dikemukakan oleh Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein secara terpisah) diantaranya adalah memiliki spin kelipatan bilangan bulat, tidak mematuhi prinsip eksklusi Pauli dan fungsi gelombangnya bersifat simetris.

Bagian yang berwarna ungu adalah partikel yang masuk kategori quark. Terdapat 6 jenis quark yaitu: up, down, charm, strange, top dan bottom. Murray Gell-Mann memberi nama partikel tersebut dengan sebutan quark setelah ia mendengar bunyi bebek (kwork kwork kwork) dan membaca buku karangan James joyce yang berjudul Finnegans Wake yang didalamnya terdapat kata quark.

Di alam semesta, quark tidak ditemukan “seorang diri” melainkan berada secara bersama dalam suatu partikel komposit bernama hadron. Salah satu jenis partikel hadron adalah proton. Bagian yang berwarna hijau adalah partikel yang masuk kategori lepton. Terdapat 6 jenis lepton yaitu: electron, electron neutrino, muon, muon neutrino, tauon, dan tauon neutrino.

Kata Lepton berasal dari bahasa yunani, leptos yang artinya tipis. Pada awalnya partikel elementer jenis ini dinamakan lepton oleh Léon Rosenfeld pada tahun 1948 karena memiliki massa yang sangat kecil. Saat itu, baru electron dan muon yang diketahui keberadaannya dan massa keduanya sangat kecil dibandingkan dengan massa proton. Namun saat tauon ditemukan sekitar tahun 1970, ternyata massanya hampir 2 kali massa proton. Tetapi penamaan lepton tetap dipertahankan.

Bagian yang berwarna merah adalah partikel yang masuk kategori boson. Terdapat 4 jenis boson yaitu photon, gluon, Z-boson dan W-boson. Keempatnya merupakan mediator pada interaksi fundamental dalam fisika. Photon adalah mediator pada interaksi elektromagnetik; gluon adalah mediator pada interaksi kuat dan Z-boson dan W-boson adalah mediator pada interaksi lemah.

Terdapat empat interaksi fundamental dalam fisika, tiga diantaranya sudah disebutkan diatas dan yang keempat adalah interaksi gravitasi. Saat mempelajari partikel elementer, interaksi gravitasi diabaikan karena pengaruhnya sangat kecil dan dapat diabaikan. Analoginya adalah sama seperti saat kita mengabaikan gesekan udara pada waktu menghitung energi mekanik dari batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu diatas permukaan bumi.

DAFTAR PUSTAKA

Mulyono, Agus. Partikel Elementer dan Interaksi Ilmiah. (Online), (http://saintek.uin-malang.ac.id/wp-content/uploads/2013/09/Partikel-Elementer-dan-Interaksi-Alamiah.pdf, diakses pada 18 Mei 2014).

Rahmawati, Dina. 2010. Partikel Elementer. (Online), (http://www.fisikanet.lipi.go.id, diakses 18 Mei 2014).