Perdana, Saintis Deteksi Partikel Hantu Ungkap Mesin Alam Semesta

DALAM penelitian yang diterbitkan Rabu (25/11) di jurnal Nature, para ilmuwan melaporkan bahwa mereka membuat deteksi pertama dari partikel sangat halus yang disebut neutrino. Saking halusnya, ia suka disebut sebagai partikel hantu. Partikel ini dapat dilacak dari fusi karbon-nitrogen-oksigen yang dikenal sebagai siklus CNO dalam matahari.

Itu merupakan penemuan penting yang mengonfirmasi prediksi teoretis sejak 1930-an. Penemuan itu pun dipuji sebagai salah satu penemuan terbesar dalam fisika di milenium baru.

"Ini benar-benar terobosan untuk fisika matahari dan bintang," kata Gioacchino Ranucci dari Institut Fisika Nuklir Nasional Italia (INFN), salah satu peneliti dalam proyek tersebut sejak dimulai pada 1990.

Para ilmuwan menggunakan detektor ultrasensitif, Borexino, di laboratorium fisika partikel Gran Sasso INFN di Italia. Laboratorium tersebut disebut terbesar dunia yang berlokasi jauh di bawah tanah, tepatnya bawah Pegunungan Apennine, sekitar 65 mil timur laut Roma.

Deteksi itu mengakhiri studi puluhan tahun tentang neutrino matahari oleh proyek Borexino. Penelitian itu mengungkapkan untuk pertama kali reaksi nuklir utama yang digunakan sebagian besar bintang untuk memadukan hidrogen menjadi helium.

Hampir semua bintang, termasuk matahari kita, mengeluarkan energi dalam jumlah besar dengan menggabungkan hidrogen menjadi helium. Cara ini tergolong efektif untuk membakar hidrogen, unsur paling sederhana dan paling melimpah serta sumber bahan bakar utama di alam semesta.

Dalam kasus matahari, 99% energinya berasal dari fusi proton-proton. Hasilnya yaitu berilium, litium, dan boron sebelum memecahnya menjadi helium.

Namun kebanyakan bintang di alam semesta jauh lebih besar daripada matahari kita. Misalnya, raksasa merah Betelgeuse sekitar 20 kali lebih besar dan sekitar 700 kali lebih lebar.

Bintang-bintang besar juga jauh lebih panas. Ini berarti mereka sangat ditenagai oleh fusi CNO yang memadukan hidrogen menjadi helium melalui inti atom yang diubah dalam lingkaran tak berujung antara karbon, nitrogen, dan oksigen.

Siklus CNO merupakan sumber energi dominan di alam semesta. Tapi sulit untuk melihat di dalam matahari kita yang relatif sejuk, karena hanya menyumbang 1 persen energinya.

Detektor Borexino raksasa mencari neutrino yang dilepaskan selama fusi nuklir di inti matahari. Neutrino hampir tidak berinteraksi dengan apa pun, sehingga mereka ideal untuk mempelajari reaksi nuklir jauh sekaligus sangat sulit dideteksi.

Triliunan neutrino dari matahari melewati detektor Borexino setiap detik. Tapi detektor itu hanya mendeteksi lusinan setiap hari dengan mencari kilatan cahaya redup saat mereka luruh di tangki air gelap seberat 300 ton.

Ranucci mengatakan detektor Borexino telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk mengukur neutrino dari reaksi berantai proton-proton utama matahari. Untuk mendeteksi neutrino CNO-nya sangat sulit. Hanya sekitar tujuh neutrino dengan energi siklus CNO yang terlihat dalam sehari.

Fisikawan partikel di Universitas California, Berkeley, Gabriel Orebi Gann, menyebut penemuan itu sebagai tonggak penting. "Penemuan ini membawa kita selangkah lebih dekat untuk memahami komposisi inti matahari kita dan pembentukan bintang besar," katanya.

Orebi Gann ialah penulis artikel ilmiah di Nature tentang studi baru tersebut, tetapi dia tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

Neutrino diproduksi secara alami dalam reaksi nuklir dan melewati sebagian besar materi tanpa efek, sehingga dapat digunakan untuk menyelidiki wilayah alam semesta yang tidak terjangkau.

Karena itu, beberapa detektor neutrino mengamati dalam kegelapan tentang keberadaan sekejap mereka di seluruh dunia, termasuk observatorium IceCube di Kutub Selatan dan detektor Super-Kamiokande di Jepang.

Diteorikan bahwa neutrino dari Big Bang dapat menjelaskan beberapa materi gelap misterius alam semesta. Materi gelap merupakan lingkaran cahaya tak terlihat yang sangat luas di sekitar bintang dan galaksi. Ia membentuk sekitar seperempat massa alam semesta. (NBC/OL-14)