Oleh: Mohd Faudzi Umar,
Editor Fizik Kini
Baru-baru ini bidang fizik zarah dikejutkan dengan penemuan zarah baharu yang dikatakan berperanan sebagai daya interaksi kelima fizik, di samping daya keelektromagnetan, lemah, kuat dan graviti. Hal ini kerana pada tahun 2015 saintis menemui satu anomali dalam peralihan nuklear yang boleh dijelaskan dengan penghasilan satu zarah yang tidak diketahui [1]. Kemudian, ahli fizik teori meramalkan bahawa zarah baharu (zarah hipotesis) ini boleh membuktikan kewujudan satu lagi daya interaksi baharu dalam alam semesta [2]. Hasil penemuan ini diketuai oleh Attila Krasznahorkay dari Institut ATOMKI, Hungary yang melaporkan bahawa anomali dalam interaksi nuklear juga boleh dijelaskan dengan zarah ini.
Pada tahun 2015, sekumpulan ahli fizik dari Hungary (diketuai oleh Krasznahorkay juga) cuba mengkaji “foton gelap” yang merupakan zarah ramalan bagi jirim gelap. Ahli fizik menggunakan pemecut zarah ke atas radioisotop bagi melihat pereputan yang berlaku apabila berkelajuan tinggi. Hasil daripada kajian ke atas pereputan isotop 8Be (berilium-8), mendapati sinaran foton tak terjangka. Penghasilan elektron dan positron daripada isotop tersebut cenderung untuk berjauhan antara satu sama lain pada sudut darjah 140o. Hal ini tidak sepatutnya berlaku bahkan melanggari hukum keabadian tenaga. Berdasarkan hukum keabadian tenaga, jika tenaga cahaya yang menghasilkan dua zarah meningkat maka sudut antara keduanya sepatutnya turut meningkat. Tetapi ahli fizik teori berspekulasi, berkemungkinan zarah bukannya foton gelap, tetapi adalah zarah boson, yang menjadi zarah perantara bagi daya interaksi kelima.
Anomali tersebut mencadangkan kewujudan zarah baharu jenis boson yang menjadi tolok antara daya interaksi tersebut. Kita sedia maklum setiap daya interaksi mempunyai zarah tolok masing-masing, di mana boson tidak berjisim (foton) yang menjadi perantara dua zarah bercas sama ada menolak atau menarik dalam interaksi elektromagnetik. Manakala bagi interaksi lemah, zarah W dan Z pula bertanggungjawab ke atas pereputan radioaktif atom. Pada skala yang sangat kecil, interaksi kuat dan dominan telah mengikat kuark dalam proton dan neutron dengan zarah gluon sebagai toloknya. Malangnya sehingga kini, saintis belum berjaya menemui zarah tolok bagi daya interaksi graviti yang dikenali sebagai graviton.
Anomali ini tidak boleh dijelaskan dengan daya interaksi sedia ada (sama ada elektromagnet, lemah, kuat dan graviti), oleh itu diusulkan teori yang agak spekulatif iaitu wujudnya daya interaksi kelima bagi menjelaskan pelbagai anomali yang tidak boleh disesuaikan dengan data eksperimen [1,2,3]. Penemuan zarah ini juga boleh menjawab anomali dalam bidang kosmologi tentang kewujudan jirim gelap dalam alam semesta terutamanya kajian ke atas foton gelap [3].
Dalam kajian terbaharu Krasznahorkay, anomali tersebut juga hampir sama dengan kajian yang sebelumnya, tambahan pula makalah tersebut masih dalam proses semakan. Kajian kali ini, mereka menggunakan isotop helium, tetapi ia berlaku pada darjah 115o, secara tidak langsung ia juga menyokong kajian sebelumnya yang menggunakan 8Be. Tenaga pada darjah tersebut boleh ditafsirkan sebagai penghasilan zarah baharu dengan jisimnya sekitar 17 MeV, zarah boson tersebut dipanggil zarah X17 [4]. Ciri boson X17 ini juga sama dengan anomali yang dikesan dalam kajian sebelumnya [1]. Dua kajian ini saling lengkap-melengkapi antara satu sama lain bahkan mengukuhkan lagi andaian daya interaksi kelima.
Penemuan daya interaksi kelima dapat mengitlakkan lagi daya tak tercerapkan dalam Model Piawaian fizik zarah keunsuran. Jika ia disahkan maka ia bakal menjadi revolusi ke atas pengetahuan alam semesta. Ia juga akan menjadi penyatuan antara daya interaksi dalam jirim gelap yang mendiami alam semesta lalu boleh diperihalkan. Tambahan lagi, sifat fizik jirim gelap itu sendiri agak mustahil untuk diterokai.
RUJUKAN
[1] Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, and Philip Tanedo. 2016. Protophobic Fifth-Force Interpretation of the Observed Anomaly in 8Be Nuclear Transitions. Phys. Rev. Lett. 117, 071803. [2] A.J. Krasznahorkay, M. Csatlós, L. Csige, Z. Gácsi, J. Gulyás, M. Hunyadi, T.J. Ketel, A. Krasznahorkay, I. Kuti, B.M. Nyakó, L. Stuhl, J. Timár, T.G. Tornyi, Zs. Vajta. 2016. Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Possible Signature of a Light, Neutral Boson. Phys. Rev. Lett. 116, 042501. [3] D. Banerjee et al. (NA64 Collaboration). 2018. Search for a Hypothetical 16.7 MeV Gauge Boson and Dark Photons in the NA64 Experiment at CERN. Phys. Rev. Lett. 120, 231802. [4] A.J. Krasznahorkay, M. Csatlos, L. Csige, J. Gulyas, M. Koszta, B. Szihalmi, and J. Timar. 2019. New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle. arxiv:1910.10459.DAFTAR ISTILAH
Foton gelap = dark photon
Jirim gelap = dark particle
Pereputan radioaktif = radioactive decay
Tolok = gauge
Model Piawaian = Standard Model
