Kalau kamu menjatuhkan batu dan bola dari tempat yang sama, keduanya akan jatuh dengan laju yang sama—setidaknya jika hambatan udara diabaikan. Gagasan sederhana ini sudah dipikirkan Galileo Galilei dan Isaac Newton, lalu menjadi salah satu fondasi teori gravitasi Albert Einstein.
Namun, bagaimana kalau yang “dijatuhkan” bukan batu, melainkan atom eksotis yang hanya bertahan sekitar 2,2 mikrodetik? Pertanyaan inilah yang sedang dikejar para fisikawan di Paul Scherrer Institute (PSI), Swiss.
Target mereka adalah mengukur bagaimana muon merespons gravitasi. Muon merupakan kerabat elektron yang jauh lebih berat dan termasuk partikel materi generasi kedua. Dalam fisika partikel, materi biasa seperti tubuh kita, planet, proton, neutron, dan elektron termasuk generasi pertama. Dua generasi tambahan juga ada, tetapi para ilmuwan belum tahu mengapa alam semesta membutuhkan tiga generasi partikel.
Eksperimen ini akan memakai muonium, atom netral yang terbentuk ketika antimuon bermuatan positif berpasangan dengan elektron bermuatan negatif. Sifat netral ini penting. Gravitasi sangat lemah dibandingkan gaya elektromagnetik, sehingga partikel bermuatan akan mudah “diganggu” medan listrik atau magnet liar. Muonium memberi kesempatan yang lebih bersih untuk mengamati tarikan Bumi.
Masalahnya, muonium biasanya muncul dengan kecepatan dan arah yang beragam. Ibarat mencoba mengukur lintasan kelereng yang ditembakkan ke segala penjuru—sulit sekali mendapatkan hasil presisi. Tim PSI kini menemukan cara menghasilkan muonium dalam keadaan “dingin”, artinya atom-atom itu bergerak dengan kecepatan yang mirip dan hampir sejajar.
Caranya cukup unik. Antimuon ditembakkan ke lapisan tipis helium superfluida yang didinginkan hingga mendekati nol mutlak, sekitar minus 273 derajat Celsius. Dalam kondisi ini, helium menjadi fluida kuantum. Saat muonium terbentuk di dalamnya, dorongan dari potensial kimia—energi yang mendorong partikel keluar dari cairan—melontarkannya secara vertikal ke atas. Jesse Zhang, penulis utama studi di Nature Physics, menyebut proses ini seperti memakai “meriam atom”.
Berikutnya, para peneliti sedang membangun interferometer, alat yang memanfaatkan sifat gelombang atom. Tarikan gravitasi Bumi diperkirakan akan menggeser pola interferensi itu sedikit sekali. Pergeseran tersebut dapat menunjukkan apakah muon jatuh persis seperti materi biasa.
Menurut profesor fisika Soter, pengujian awal dengan berkas atom diharapkan berlangsung tahun ini, sementara eksperimen gravitasi sebenarnya bisa menyusul dua atau tiga tahun kemudian. Jika muonium ternyata merespons gravitasi secara berbeda, hasilnya bisa mengisyaratkan adanya “gaya kelima”—interaksi fundamental di luar gravitasi, elektromagnetisme, gaya kuat, dan gaya lemah.
Tujuan utamanya memang bukan memburu gaya kelima. Tetapi eksperimen ini bisa menjawab teka-teki yang lebih mendasar: apakah semua generasi materi benar-benar merasakan gravitasi dengan cara yang sama? Di sinilah pertanyaan tentang partikel mungil dapat mengguncang pemahaman kita tentang alam semesta.
***
DISCLAIMER: Sebagian proses pengolahan artikel ini dibantu oleh teknologi AI. Pembaca disarankan memverifikasi kembali data dan informasi melalui sumber resmi atau sumber primer
Diolah dari sumber ScienceDaily
