Misteri Zarah Neutrino

Nusantara77

Zarah ‘Hantu’ ?

Sekiranya zarah Higgs Boson terkenal dengan jolokan ‘The God Particle’, zarah misteri ini pula mendapat gelaran sebagai ‘The Ghost Particle’. Neutrino terkenal dengan fizikal ghaibnya yang begitu sukar sekali untuk dikesan, kita tidak dapat merasakan kehadirannya, apatah lagi melihatnya. Namun ketika ini tanpa kita sedari, bertrillion zarah halus ini yang membentuk gelombang radiasi dari ruangan angkasa sedang menerjah masuk menembusi permukaan bumi. Terhasil dari pelbagai sumber di langit antaranya melalui reaksi nuklear oleh matahari, bintang-bintang, serta radiasi latar belakang kosmik, ianya turut sama dipancarkan oleh bumi dan hidupan di dalamnya melalui proses pereputan elemen hasil interaksi daya nuklear lemah. Malah badan kita turut memancarkan sebanyak 5000 zarah neutrino setiap saat melalui proses pereputan isotop kalium (K).

Neutrino yang secara literal-nya bermaksud ‘si neutral kecil’ dalam bahasa Itali, merupakan zarah asas yang kedua paling banyak di dapati secara semulajadi selepas partikel cahaya, foton. Namun tidak seperti foton, zarah ini amat jarang sekali berinteraksi dengan sebarang bentuk jirim dan tenaga. Ini adalah berikutan dengan sifat intrinsiknya yang neutral, selain jisimnya yang amat ringan sekali, berjuta kali lebih ringan daripada elektron. Disebabkan itu, ianya telah lama menjadi buruan para pengkaji yang berhasrat untuk mengetahui lebih lanjut akan sifat misterinya bagi merungkai lebih banyak persoalan mengenai rahsia alam semesta.

Misalnya, pada tahun 1987 tanpa disangka telah berlakunya satu letusan supernova yang menghamburkan sejumlah besar tenaga radiasi menghasilkan zarah neutrino sehingga dapat dikesan di bumi dengan jumlah yang lebih banyak dari biasa. Lebih menarik, data yang diperoleh menunjukkan kehadiran gelombang neutrino lebih awal sebelum fenomena letusan tersebut dapat dicerap dari bumi. Neutrino yang terbebas oleh supernova telah bergerak merentasi ruang angkasa tanpa sebarang reaksi susulan sepanjang lintasan nya tiba di bumi 3 jam lebih awal dari zarah cahaya yang turut sama terhasil dari letupan itu.

Sekitar September 2011, kita digemparkan pula dengan laporan eksperimen OPERA yang bepusat di CERN, mengenai pemerhatian terhadap neutrino yang bergerak melebihi kelajuan cahaya. Pengumuman ini mencetuskan kontroversi kerana dalam fizik secara jelas dinyatakan bahawa tiada apa pun yang boleh bergerak melalui ruang vakum melebihi kelajuan cahaya. Lebih menghairankan, kemampuan untuk bergerak dengan kelajuan ini secara tidak langsung mencadangkan yang neutrino mampu untuk merentasi masa secara sonsang. Namun, tidak kurang setahun kemudian, eksperimen yang berbeza dijalankan oleh ICARUS bertujuan mengenal pasti permasalahan ini. Penemuan tersebut sebaliknya mendapati yang neutrino masih mematuhi batasan kelajuan cahaya sepeti mana yang telah diterima umum melalui Teori Kerelatifan yang dibangunkan Einstein.

Kini tidak syak lagi, neutrino merupakan antara watak terpenting yang mencorak fungsi serta intipati falsafah sains moden dalam usaha untuk mempertingkatkan pemahaman manusia bagi menzahirkan fenomena kejadian alam. Neutrino tidak pernah gagal untuk mempersona para pengkajinya, malah perdebatan hangat berkenaan kehadiran zarah istimewa ini telah pun berlangsung lebih lama sebelum kewujudannya dapat dibuktikan lagi.

Debat Bohr dan Pauli

Zarah asas yang sekian lama menjadi buruan ini mula dikemukakan kewujudan nya oleh Wolfgang Pauli sekitar 1930-an. Ini bagi menjelaskan fenomena pancaran sinar beta melalui proses pereputan radioaktif yang anehnya turut disertai kehilangan sejumlah tenaga dan momentum. Menurut Pauli, tenaga tambahan yang tidak dikesan tersebut mungkin dibawa oleh sejenis zarah yang ghaib. Idea yang dikemukakan tersebut dianggap agak radikal oleh saintis pada masa itu kerana ianya seolah-olah mencabar pandangan semasa yang beranggapan atom sebagai unsur fabrik kosmos hanya terdiri daripada gabungan dua zarah asas iaitu proton dan elektron. Cadangan akan kehadiran zarah asas ketiga yang bercas neutral bagi menjelaskan misteri kelompongan tenaga tersebut dianggap ramai tidak lain hanyalah sekadar satu tindakan terdesak oleh Pauli.

Bagaimanapun Pauli tidak keseorangan, beberapa ahli fizik ternama yang menjalankan kajian langsung terhadap sifat dan struktur atom seperti Hans Geiger, dan Enrico Fermi turut menyatakan sokongan mereka ke atas teorinya. Mereka sedar akan potensi idea akan kewujudan zarah bercas neutral dalam menjelaskan beberapa paradoks yang muncul dalam bidang pengkajian mereka. Hari ini, kita lebih mengenali akan jenis zarah tersebut sebagai neutron yang merupakan satu elemen penting dalam membenarkan pembentukan struktur nukleus atom. Walaupun begitu, kewujudan neutrino perlu mengambil masa yang lebih lama untuk diterima umum, disebabkan ramai yang masih skeptikal.

Perkara ini terus menimbulkan perdebatan hangat di kalangan saintis sehingga memaksa ahli fizik lagenda, Neils Bohr untuk mula mempersoalkan pemahaman terhadap konsep pengabdian tenaga yang telah disepakati oleh ahli fizik ketika itu. Menurut hukum fizik, tenaga tidak boleh hilang atau termusnah begitu sahaja, ia bagaimanapun boleh bertukar bentuk dalam keadaan tertentu. Bohr sebaliknya mencadangkan prinsip ini tidak terpakai dalam proses pereputan beta.

Ini tidaklah menghairankan baginya, kerana sebagai perintis awal dalam pengkajian fizik kuantum, beliau sudah terbiasa dengan keganjilan sifat-sifat zarah kuantum yang sering mencabar status quo fizik klasik. Beliau lebih selesa dengan idea kuantum yang membenarkan konsep pinjaman dan pengembalian semula tenaga dalam tempoh masa tertentu, selagi mana ianya masih patuh terhadap prinsip pengabdian tenaga. Dengan kata lain, biarpun dengan lonjakan jumlah tenaga yang turun naik secara berturutan di dalam dunia kuantum, purata jumlah tenaga keseluruhan bagi suatu sistem itu masih terpelihara seperti mana jumlah tenaga asal yang terdapat di dalamnya.

Penemuan Neutrino

Sehinggalah pada tahun 1956, spekulasi akan kewujudan neutrino akhirnya terjawab melalui data eksperimental apabila jejak trajektori dipercayai oleh neutrino diperoleh alat pengesan. Frederick Reines dan Clyde L. Cowan telah dianugerahkan anugerah Nobel Fizik pada tahun 1995 atas usaha itu. Mereka sebelumnya mencadangkan pembinaan tangki berstruktur mega yang diisi dengan cairan cadmium klorida (CdCl3) bagi mengesan kehadiran neutrino.

Dengan saiz yang sebegitu besar kebarangkalian untuk berlakunya penyerapan tenaga zarah-zarah neutrino yang menghujani bumi oleh elemen cairan tersebut adalah lebih tinggi. Walaupun neutrino amat jarang sekali berinteraksi dengan sebarang unsur, kemungkinan untuk mengesan sebahagian kecil darinya masih ada. Ternyata jangkaan mereka tidak meleset, apabila pembentukan sejumlah kecil atom argon (Ar) yang terhasil dari reaksi antara neutrino dengan atom klorin (Cl) yang terdapat dalam sebatian cairan itu telah berjaya direkodkan.

Bagaimanapun misteri neutrino masih terus menghantui para sarjana ketika itu. Melalui pengiraan lanjut yang dijalankan secara teliti, didapati terdapat pengurangan yang begitu besar antara jumlah neutrino yang sampai pada alat pengesan di bumi dengan jumlah sebenar yang sepatutnya terhasil melalui proses pelakuran nuklear oleh matahari. Sebagai respons bagi menjelaskan percanggahan ini, pengkaji neutrino mula mencadangkan idea akan kemungkinan berlakunya penukaran identitti oleh neutrino dengan menjelma dalam bentuk zarah yang berbeza.

Sehinggalah menjelang 1980-an, kewujudan tiga versi neutrino berbeza yang masing-masing dikenali sebagai ‘neutrino elektron’, ‘neutrino muon’, dan ‘neutrino tau’ dapat dikenalpasti. Penemuan ini lantas memberi petunjuk yang menyokong hipotesis awal para pengkaji tentang teori trajektori neutrino yang turut disertai dengan penukaran identiti oleh zarah itu.

Misteri Terungkai

Akhirnya melalui pembinaan fasiliti yang lebih sofistikated disamping penggunaan kaedah eksperimen yang lebih berkesan, petunjuk langsung mengenai penukaran identiti neutrino berjaya diperoleh. Keadaan ini terhasil daripada fenomena penjumlahan gelombang yang disebabkan oleh tingkah laku kuantum mekanikal zarah ini yang bersifat dualisma. Kemampuan untuk neutrino merubah identitinya dengan kadar tertentu juga memberi petunjuk yang ia turut mempunyai jisim, tidak seperti zarah cahaya.

Super-kamiokande yang beroperasi di Jepun, dan Sudbury Neutrino Observatory (SNO) di Kanada, masing-masing sebagai alat pengesan neutrino-tau dan neutrino-elektron, telah mendedahkan sifat semulajadi neutrino yang wujud secara superposisi dalam 3 bentuk berbeza. Kedua-dua alat pengesan ini dibina jauh dibawah permukaan tanah bagi mengelakkan gangguan sumber radiasi asing yang boleh mengganggu ketepatan bacaan data.

Super-Kamiokande misalnya mengandungi 11,000 alat pengesan cahaya yang dipasang mengelilingi beberapa buah tangki gergasi yang diisi 50,000 tan air tulen. Walaupun sebahagian besar dari zarah tersebut menembusi permukaan air tanpa sebarang reaksi yang dapat dikesan, dalam dua tahun pertama operasinya bermula pada 1996, kira-kira 5000 kehadiran zarah neutrino-muon telah berjaya direkodkan. Zarah neutrino-muon yang terhasil melalui perlanggaran antara radiasi kosmik dari angkasa dengan atmosfera bumi telah dikesan hadir dari segenap penjuru alat pengesan Kamiokande dengan menghasilkan ledakan radiasi cahaya kebiruan.

Sepertimana fenomena ledakan sonik terhasil oleh jet pejuang yang mengatasi batasan kelajuan bunyi, ledakan cahaya berlaku daripada interaksi neutrino yang bergerak mengatasi kelajuan cahaya apabila melalui suatu medium. Umum mengetahui cahaya bergerak sehingga 75 peratus lebih perlahan melalui molekul air berbanding vakum angkasa. Bentuk dan keamatan cahaya yang terhasil dari ledakan tersebut memberi petunjuk jelas mengenai jenis neutrino yang hadir, serta dari mana arah lintasan nya.

Dengan mengukur perbezaan jarak perjalanan yang dilalui zarah tersebut dari setiap sudut ruangan atmosfera dengan jumlah neutrino-muon yang tiba kepada alat pengesan, saintis dapat menggangar kadar penukaran identiti oleh neutrino sepanjang lintasannya. 3 tahun kemudian, pada 2001, alat pengesan SNO turut mengumumkan hasil permerhatian yang sama terhadap neutrino-elektron yang terhasil dari reaksi pelakuran nuklear oleh matahari. Sebagai pengiktirafan atas usaha mereka itu, jawatankuasa hadiah nobel baru-baru ini telah menganugerahkan Takaaki Kajita dan Arthur Mc. Donald, dengan hadiah nobel fizik 2015 seperti yang diumukan Oktober lalu di Stockholm, Sweden.

majalahsains

tripleid

sumber dari mana ni..bagus betul laras bahasa sains dia dlm bm

ada terbaca dlm buku astronomi,nutrini ni mmg unstoppable,lead setebal setahun cahaya diperlukan menghentikan nutrino