Oleh: Mohd Faudzi Umar
Baru-baru ini, saintis menemui hasil dapatan yang agak menggemparkan malah membuka peluang penerokaan baharu dalam fizik zarah. Buat pertama kalinya, saintis telah menemui bahawa zarah meson “charm” (disingkatkan meson neutral D0) berubah-ubah di antara dua keadaan iaitu jirim dan antijirim. Hasil penemuan ini telah dianalisis oleh pasukan penyelidik LHCb menggunakan data eksperimen pelanggaran proton-proton di LHCb dan artikel penyelidikan tersebut telahpun dihantar ke Physical Review Letter [1]. Meson adalah zarah yang mengandungi kuark dan antikuark, di mana meson D0 adalah terdiri daripada kuark charm dan antikuark up , manakala antijirimnya pula terdiri daripada anti kuark charm dan kuark up, iaitu . Kebiasaanya, kedua-dua keadaan tersebut wujud secara terpisah, tapi kajian terbaharu menunjukkan bahawa meson D0 boleh wujud secara spontan iaitu berubah-ubah antara keadaan jirim dan antijirim.
Selama ini, kita sedia maklum bahawa meson D0 adalah zarah yang mengandungi kuark dan antikuark, dan bergerak sebagai percampuran antara keadaan jirim dan antijirim, di mana dalam fizik zarah ia dikenali sebagai Fenomena Campuran. Walaubagaimanapun hasil dapatan ini menunjukkan bahawa kedua-duanya boleh berubah-ubah keadaan antara satu sama lain. Fenomena berubah-ubah ini disebabkan oleh prinsip superposisi dalam mekanik kuantum, di mana kedua-dua keadaan tersebut pada masa yang sama. Jika pembaca maklum bahawa eksperimen khayalan kucing Schrodinger juga menggunakan prinsip ini untuk mentafsir mekanik kuantum.
Menggunakan data daripada LHCb, salah seorang penyelidik daripada Universiti Oxford mendapati bahawa terdapat perbezaan jisim yang sangat kecil di antara keadaan jirim dan antijirim tersebut, iaitu sekitar 0.00000000000000000000000000000000000001 gram (10-38g). Pengukuran ini dilakukan berulang kali, bagi mendapatkan data yang jitu dan persis, di mana banyak meson D0 terhasil daripada pelanggaran proton-proton dalam eksperimen LHCb tersebut. Meson D0 terhasil, bergerak dan mereput kepada zarah lain dalam beberapa milimeter sahaja. Oleh itu, kita dapat membandingkan meson D0 (antara keadaan jirim dan antijirimnya) dalam jarak singkat tersebut bagi mendapatkan faktor yang mengawal kelajuan kedua-dua zarah tersebut berubah-ubah ke meson antijirim. Perbezaan kecil ini bahkan dapat menyelamatkan alam semesta kita daripada termusnah selepas deguman besar dan ini dikenali sebagai Baryogenesis, iaitu hipotesis awal kejadian alam semesta kenapa jirim lebih banyak didapati berbanding antijirimnya. Meskipun kecil perbezaannya, sudah memadai membuktikan ketaksimetrian (asimetri) jirim-antijirim tersebut.
Dalam Model Lazim (Standard Model), terdapat empat jenis zarah sahaja yang boleh berubah ke antizarahnya (Fenomena Campuran) iaitu meson kaon K0 (terdiri daripada kuark strange) dan meson B0 (terdiri daripada kuark bottom) masing-masing ditemui sekitar 1960an dan 1980an, dan yang terbaru adalah strange-beauty meson B0S pada tahun 2006. Penemuan terkini, meson D0 berubah-ubah (berayun) agak perlahan menyukarkan saintis mengukur masa yang diambil untuk mereput, di mana terdapat beberapa zarah akan terhasil terlebih dahulu sebelum berubah-ubah. Meskipun demikian, kita dapat mengesahkan penemuan ini kerana LHCb mengambil data begitu banyak untuk dianalisis.
Implikasi daripada penemuan ini, ia membuka penerokaan fizik baharu, bahkan ia mempunyai keupayaan untuk menyelesaikan salah satu misteri dalam fizik kosmologi iaitu asimetri jirim-antijirim dalam alam semesta. Ketika awal kejadian alam semesta, Model Lazim meramalkan bahawa deguman besar menghasilkan jirim dan antijirim dengan kuantiti yang sama, selepas itu, mereka saling berlanggar dan termusnah dan meninggalkan kosmos ruang yang kosong, malangnya hal itu langsung tidak berlaku. Oleh itu, mesti ada sesuatu yang menyebabkan kewujudan zarah-antizarah tidak seimbang (atau tak simetri) dalam alam semesta, dan fenomena kosmologi ini dikenali sebagai Baryogenesis.
Disamping itu, terdapat kemungkinan lain yang boleh kita terokai bersama iaitu, adakah kadar peralihan ‘zarah-antizarah’ tersebut sama dengan kadar peralihan ‘antizarah-zarah’ atau sebaliknya. Persoalan seterusnya, adakah kadar peralihan tersebut disebabkan oleh zarah baharu yang belum diramalkan oleh Model Lazim fizik zarah. Kita juga boleh meneroka pencabulan CP (CP violation) ke atas penemuan ini, ketaksimetrian yang terhasil tersebut.
Rujukan:
[1] LHCb colloboration. (2021). Observation of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates. https://arxiv.org/abs/2106.03744Daftar Istilah:
berubah-ubah = oscillate
matter-antimatter = jirim-antijirim
Fenomena Campuran = Mixing phenomenon
ketaksimetrian = asymmetry
