Berapa kira-kira 200 kali massa elektron, ada selama sekitar 2 persejuta detik, terus-menerus menyerang setiap inci permukaan bumi, dan tampaknya berperilaku sedemikian rupa sehingga menyodok hukum fisika yang telah lama diterima ?
Itu adalah muon, partikel yang pertama kali ditemukan pada akhir 1930-an , yang terbentuk di alam ketika sinar kosmik menabrak partikel di atmosfer planet kita. Muon melewati Anda dan segala sesuatu di sekitar Anda dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Namun demikian, banyak dari kita mungkin bahkan tidak menyadari keberadaan mereka sampai April 2021, ketika partikel tersebut menjadi berita utama setelah para peneliti di Laboratorium Akselerator Nasional Fermi milik pemerintah AS - lebih dikenal sebagai Fermilab - merilis hasil awal dari penelitian tiga tahun. -eksperimen Muon g-2 yang panjang .
Studi Fermilab mengkonfirmasi temuan sebelumnya bahwa muon berperilaku dengan cara yang bertentangan dengan Model Standar Fisika Partikel , kerangka teoritis yang bertujuan untuk menggambarkan bagaimana realitas bekerja pada tingkat terkecil. Seperti yang dijelaskan artikel di Science ini, muon — yang ada di lautan partikel kecil lainnya dan antipartikel yang memengaruhinya — sebenarnya sedikit lebih magnetis daripada yang diprediksi Model Standar. Itu, pada gilirannya, menunjukkan kemungkinan keberadaan partikel atau kekuatan lain yang masih belum diketahui.
Sebagai salah satu peneliti, fisikawan Jason Bono, menjelaskan dalam rilis berita dari almamaternya Florida International University, tim tahu bahwa jika mereka mengkonfirmasi perbedaan dalam magnet muon, "kita tidak akan tahu persis apa penyebabnya, tapi kita akan tahu itu adalah sesuatu yang kita belum mengerti."
Hasil awal, bersama dengan penelitian partikel terbaru lainnya , dapat membantu membangun kasus untuk fisika baru yang akan menggantikan Model Standar. Dari Fermilab, inilah video YouTube yang menjelaskan hasil dan signifikansinya:
"Muon seperti elektron kecuali 200 kali lebih berat," jelas Mark B. Wise , dalam sebuah wawancara email. Dia adalah profesor fisika energi tinggi di California Institute of Technology dan anggota National Academy of Sciences yang bergengsi . (Jika itu tidak cukup membuat Anda terkesan, ia juga menjabat sebagai konsultan teknis akselerator partikel untuk film Hollywood 2010 "Iron Man 2").
"Menurut rumus Einstein E=mc2, ini berarti muon yang diam memiliki energi lebih besar daripada elektron," kata Wise. "Ini memungkinkan mereka untuk meluruh menjadi partikel yang lebih ringan sambil tetap menghemat energi secara keseluruhan."
Perbedaan utama lainnya adalah bahwa elektron diyakini cukup dekat dengan keabadian , tetapi muon hanya ada selama 2,2 juta detik, sebelum mereka meluruh menjadi elektron dan dua jenis neutrino, menurut primer Departemen Energi AS tentang partikel ini.
Muon yang terus-menerus diciptakan ketika sinar kosmik menyerang partikel di atmosfer bumi menempuh jarak yang menakjubkan dalam keberadaannya yang singkat, bergerak mendekati kecepatan cahaya. Mereka menyerang setiap inci permukaan bumi dan melewati hampir semua yang ada di jalur langsung mereka, berpotensi menembus satu mil atau lebih ke permukaan bumi, menurut DOE.
Beberapa telah menggambarkan muon sebagai kunci untuk memahami semua partikel subatom, meskipun Wise tidak sejauh itu. "Dalam pencarian fisika di luar pemahaman kita saat ini, Anda harus mempelajari semua partikel," katanya. "Muon memiliki beberapa keunggulan. Misalnya momen anomali magnetiknya diprediksi dengan sangat tepat yang membuatnya lebih sensitif terhadap fisika baru, di luar teori kita saat ini yang akan mengubah prediksi ini. Pada saat yang sama, ia dapat diukur dengan sangat tepat."
Mempelajari muon bukanlah hal yang sederhana. Fermilab menggunakan alat seberat 700 ton (635 metrik ton) yang berisi tiga cincin, masing-masing berdiameter 50 kaki (15 meter), yang dikirim dengan tongkang dan truk ke Illinois dari rumah aslinya di Brookhaven National Laboratory di New York beberapa tahun lalu. kembali. Perangkat ini mampu menghasilkan medan magnet 1,45 Tesla, sekitar 30.000 kali medan magnet Bumi.
"Sangat menarik untuk mempelajari sesuatu yang sangat kecil dan berumur pendek, mereka membutuhkan peralatan yang sangat besar ini," jelas Wise. "Ketika mereka diproduksi dengan energi tinggi, mereka bergerak hampir dengan kecepatan cahaya dan dapat menempuh jarak yang cukup jauh sebelum mereka meluruh. Jadi Anda mungkin mencari bukti yang mereka tinggalkan di detektor."
Misalnya, karena muon adalah partikel bermuatan, mereka dapat mengionisasi materi yang mereka lewati. Elektron yang dihasilkan oleh ionisasi ini dapat dideteksi, menurut Wise.
Wise mengatakan penemuan baru-baru ini oleh tim Fermilab bahwa partikel itu sedikit lebih magnetis daripada yang diperkirakan fisikawan adalah signifikan. "Itu tidak sesuai dengan prediksi teori saat ini untuk momen magnet muon (teori ini biasanya disebut Model Standar). Jadi ada beberapa fisika baru di luar itu dalam teori kami saat ini yang hadir dan mengubah prediksi untuk kuantitas ini," Wise mengatakan
Seperti banyak penemuan penting lainnya, temuan Fermilab menimbulkan lebih banyak pertanyaan baru, dan masih banyak yang ingin diketahui para ilmuwan tentang muon.
"Apa fisika baru itu menimbulkan pertanyaan," kata Wise. "Ada juga beberapa anomali lain yang tidak dijelaskan dalam [Model Standar] yang melibatkan muon. Apakah semuanya terhubung dengan cara tertentu?"
Wise juga memberikan peringatan tentang temuan Fermilab. "Mungkin ada beberapa efek sistematis dalam eksperimen yang tidak dipahami dan berdampak pada interpretasi pengukuran," jelasnya. "Demikian juga untuk teori. Jadi anomali ini pada akhirnya bisa hilang. Sangat penting untuk memeriksa hal-hal seperti itu sebanyak mungkin."
Sekarang Itu Menarik
Seperti yang dicatat oleh fisikawan Fermilab, Chris Polly dalam esai 2020 ini , setiap partikel di alam semesta — bahkan di hamparan ruang terdalam yang tampaknya paling kosong — dikelilingi oleh "pengiring" partikel lain, yang terus-menerus "berkedip masuk dan keluar dari keberadaan. "
