Sejarah Antimateri

Sejarah antimateri dimulai pada tahun 1928 oleh seorang fisikawan muda bernama Paul Dirac dan persamaan matematika yang aneh ...

Persamaannya, memprediksi kemungkinan adanya keberadaan anti-Dunia yang identik dengan dunia kita, tetapi terbuat dari anti-materi. Apakah ini mungkin? Jika iya, dimana dan bagaimana kita dapat mencari anti materi?

Dari tahun 1930, pencarian unsur dari anti-materi, antipartikel, dimulai, dan telah terjadi pengaruh utama dibalik evolusi ilmiah selama 70 tahun terakhir

Dari 1928 sampai 1995

1928 : Awal mula

Sejarah antimateri dimulai dari seorang fisikawan muda bernama Paul Dirac dan siratan dari persamaan matematikanya..

Saat itu awal abad ke 20, tahun-tahun yang menarik ketika hal paling dasar dalam fisika diguncang oleh penampakan dari dua teori yang penting:  relativitas dan mekanika kuantum

Pada tahun 1905 Albert Einstein mengungkap teorinya, “Relativitas Khusus”, yang menjelaskan hubungan antara ruang dan waktu, dan antara energi dan massa dalam persamaannya yang terkenal E=mc2. Sementara itu, percobaan eksperimen telah mengungkapkan bahwa cahaya seringkali berperilaku seperti gelombang, tetapi di lain waktu berperilaku seperti partikel yang sangat kecil. Max Planck mengusulkan bahwa setiap gelombang cahaya harus terdiri dari paket kecil, yang diberi nama “quantum”. dengan ini cahaya tidak hanya sebagai gelombang atau partikel, tetapi bisa berperilaku keduanya.

Paul Dirac

Albert Einstein Muda

Max Planck

Tahun 1920 an, fisikawan mencoba mengaplikasikan konsep yang sama kepada atom dan penyusunnya, dan akhir dekade, Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg telah menciptakan teori baru fisika, kuantum teori. Hanya saja, masalahnya sekarang adalah teori kuantum tidaklah relativistik -berarti penjelasan kuantum bekerja hanya untuk partikel yang bergerak lambat, dan tidak untuk yang berkecepatan tinggi (atau disebut relativistik), hampir secepat cahaya.

Schrodinger

Werner Heisenberg

Pada tahun 1928, Paul Dirac menyelesaikan masalahnya : dia membuat persamaan, dimana mengkombinasikan teori kuantum dan relativitas khusus, untuk menjelaskan perilaku elektron. Persamaan Dirac membuat dia menang dalam Penghargaan Nobel tahun 1993, tetapi juga menunjukkan masalah lainnya: seperti persamaan x2 = 4 dapat mempunyai dua kemungkinan solusi (x= -2  atau x=2), jadi persamaan Dirac dapat mempunyai dua solusi, satu untuk elektron dengan energi positif, dan satu untuk elektron dengan energi negatif. Tetapi di dalam fisika klasik (yang masuk akal), hanya ada angka positif.

Persamaan Dirac

Dirac mengartikan ini bahwa setiap partikel yang ada memiliki antipartikel, partikel yang sama persis tetapi memiliki charge yang berlawanan. Untuk elektron, ada yang dinamakan “antilektron” sangat sama persis tetapi memiliki charge listrik yang positif. Saat kuliah Nobelnya,  Dirac berspekulasi tentang adanya Alam Semesta yang komplit yang terbuat dari Anti Materi!

Kuliah Dirac

1930: Alam membantu
Dari tahun 1930, pencarian misteri antipartikel dimulai

Sebelumnya, Victor Hess (Pemenang Penghargaan Nobel tahun 1936) menemukan sumber alami dari partikel ber-energi tinggi: Sinar Kosmik. Sinar Kosmik adalah partikel berenergi sangat tinggi yang datang dari luar angkasa dan ketika mereka menabrak Atmosfir Bumi, mereka menghasilkan pancaran partikel berenergi rendah dalam jumlah besar yang dibuktikan secara sukses oleh fisikawan.

Cosmic Ray / Sinar Kosmik saat menumbuk bumi

Ilustrasi penumbukan sinar kosmik menjadi partikel

Carl Anderson Dan Cloud Chamber

Tahun 1932 Carl Anderson, profesor muda dari Institut Tekhnologi California, mempelajari pancaran dari partikel kosmik dalam “Ruang berawan (Sebuah detektor diisi dengan gas yang dekat dengan titik kondensasi, di mana lintasan partikel pengion ‘terwujud dalam bentuk trek yang terbuat dari tetesan)” dan melihat bekas yang ditinggalkan oleh “sesuatu yang tercharge secara positif, dan memiliki masa yang sama dengan elektron”. Setelah hampir satu tahun dari usaha dan pengamatannya, dia memutuskan bahwa jejak itu benar-benar adalah antielektron, setiap yang dihasilkan bersama-sama dengan elektron dari dampak sinar kosmik dalam ruang awan. Dia menyebut antielektron sebagai “Positron”, karena memiliki charge positif. Dikonfirmasi setelahnya setelah Occhialini dan Blackett, penemuan yang memberikan Hadiah Nobel pada tahun 1936 dan dibuktikan keberadaan dari antipartikel seperti yang diprediksi oleh Dirac.

Untuk beberapa tahun kemudian, sinar kosmik adalah merupakan satu-satunya sumber partikel berenergi tinggi. Penemuan yang terus menerus dibuat, tetapi untuk selanjutnya, pencarian dialihkan ke antipartikel dan antiproton (pasangan anti dari proton dan lebih berat daripada positron), fisikawan harus menunggu 22 tahun lagi..

1954 : Peralatan Power

Ernest Lawrence

Pencarian antiproton menghangat pada tahun 1940 dan 1950, sebagaimana laboratorium percobaan mencapai energi tertinggi yang pernah dibuat

Pada tahun 1930, Ernest Lawrence (Pemenang Nobel tahun 1939) menemukan cyclotron, sebuah mesin yang akhirnya bisa mempercepat partikel seperti proton sampai ke energi beberapa puluh MeV. Awalnya didorong oleh usaha untuk menemukan antiproton, era akselerator dimulai, dan dengan ini cabang Sains baru yaitu “Fisika Energi Tinggi” lahir.

cyclotron pertama

Yaitu lawrence pada tahun 1954, membangun Bevatron di Berkeley, California (BeV, pada awalnya, tetapi sekarang disebut GeV). The Bevatron dapat menumbukkan dua proton bersamaan pada anergi 6.2 GeV, diharapkan dapat menjadi optimal untuk menghasilkan antiproton. Sementara itu tim fisikawan, dikepalai oleh Emilio Segre, merancang dan membuat detektor khusus untuk melihat antiproton.

Bevatron

Pada oktober tahun 1955 ada berita besar di halaman New York Times : “New Atom Particle Found; Termed a Negative Proton” – Partikel Atom baru, ditemukan : Disebut sebagai Proton Negatif”. Dengan penemuan antiproton, Segre dan kelompok kerja samanya, (O CHamberlain, C. Wiegand dan T.Ypsilantis) telah sukses sebagai bukti terdepan dari simetri alam yang penting, antara materi dan antimateri.

Segre dan Chamberlain yang dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1959. Hanya setahun setelahnya, kelompok kedua bekerja pada Bevatron (B. Cork, O. Piccione, W. Wenzel dan G. Lambertson) mengabarkan penemuan Antineutron.

1965 Anti-inti (antinuclei)

Pada waktu ini, semua partikel yang membuat atom (elektron, proton dan neutron) diketahui telah memiliki pasangan antipartikelnya masing-masing. Jadi jika partikel diikat bersama dalam atom, satuan dasar dari materi; secara alami dapat dipikirkan bahwa antipartikel, diikat bersama dalam antiatom, yaitu satuan dasar dari antimateri.

Tetapi apakah materi dan antimateri sama persis dan berlawanan, atau simetris, seperti yang disiratkan oleh Dirac? Langkah penting selanjutnya adalah untuk menguji simetris ini. Fisikawan ingin mengetahui: Bagaimana antipartikel subatomis berperilaku ketika mereka bersama? Akankah antiproton dan sebuah antineutron tetap bersama untuk membentuk anti-inti / antinucleus, seperti proton dan neutron tetap bersama-sama untuk membentuk inti atom?

Jawaban pertanyaan anti-inti ditemukan pada tahun 1965 dengan pengamatan dari antideuteron, inti dari antimateri yang terbuat dari antiproton ditambah sebuah antineutron (deuteron yaitu, inti dari atom deuterium, yang terbuat sebuah proton ditambah sebuah neutron). Tujuannya adalah menyamakan pencapaian oleh dua tim fisikawan, satu dipimpin oleh Antonio Zinchichi, menggunakan Proton Synchroton di CERN, dan yang satunya lagi dipimpin oleh Leon Lederman, menggunakan akselerator Alternating Gradient Synchroton (AGS) di Brookhaven National Laboratory, New York.

1995 : dari antipartikel sampai antimateri

Setelah membuat anti-inti, secara alami pertanyaan selanjutnya adalah, dapatkah anti elektron terikat bersama anti-inti untuk membuat anti-atom?

Fakta jawaban tersebut dapat diungkapkan baru-baru ini, terima kasih untuk mesin unik CERN, the Low Energy Antiproton Ring (LEAR). Kebalikan dari akselerator, LEAR sebenarnya “melambatkan” antiproton. Fisikawan kemudian dapat mencoba menguatkan positron (atau antielektron) untuk terikat dengan antiproton, membuat antihidrogen, sebuah antimateri atom yang nyata.

Menjelang akhir tahun 1995, antiatom serupa dihasilkan di CERN oleh tim fisikawan jerman dan itali. Walaupun hanya sembilan antiatom yang dibuat, berita itu begitu mendebarkan bahwa memenuhi halaman depan banyak surat kabar di dunia.

Pencapaian ini menyarankan bahwa atom antihydrogen bisa memainkan peran dalam studi anti-dunia mirip dengan atom hidrogen di semua abad dari sejarah sains. Hidrogen membuat tiga perempat dari alam semesta kita, dan dari yang telah kita ketahui tentang alam semesta telah ditemukan oleh karena mempelajari hidrogen biasa.

Tapi apakah antihidrogen berperilaku persis seperti hidrogen yang biasa? untuk menjawab pertanyaan ini CERN memutuskan untuk membangung fasilitas eksperimen baru: Antiproton Decelerator

Ilustrasi Materi dan Anti Materi

Referensi

1. http://press.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/history/AM-history00.html