Lompatan Kuantum : Sifat -Sifat Magnetik Proton Tunggal Diukur Secara Langsung untuk Pertama Kalinya

Sebuah tonggak penting dalam pengukuran momen magnetik proton dan antipartikelnya telah tercapai. Para peneliti di Johannnes Gutenberg University, Mainz (JGU) dan Helmholtz Institute Mainz (HIM), bersama rekan - rekan mereka dari Jurusan Fisika Nuklir Max Planck Institute dan Pusat Penelitian GSI Helmholtz bagian ion berat di Darmstadt, berhasil mengamati lompatan spin kuantum (spin quantum-jumps) dengan proton tunggal yang terjebak, untuk pertama kalinya. Kenyataan bahwa mereka telah berhasil mendapatkan data percobaan yang sulit dipahami ini berarti bahwa mereka mengalahkan para pesaing riset mereka di Harvard University. Dan sekarang mereka menjadi pemimpin global dalam bidang ini.

Hasil eksperimen itu merupakan kemajuan dalam upaya merintis usaha untuk mengukur sifat magnetik proton secara langsung dengan ketelitian tinggi. Prinsip pengukuran itu didasarkan pada pengamatan terhadap sebuah poton tunggal dalam perangkap partikel elektronmagnetik.

Mungkin, antiproton juga dapat diamati menggunakan metode yang sama. Harapan akan adanya penjelasan terhadap ketidakseimbangan materi-antimateri di alam semesta yang telah ditemukan sebelumnya, kini menjadi kenyataan. Analisa terhadap antimateri secara rinci merupakan faktor yang penting jika kita ingin memahami kenapa materi dan antimateri tidak sepenuhnya meniadakan satu sama lain sesaat setelah Big Bang. Atau dengan kata lain, jika kita hendak memahami sepenuhnya bagaimana alam semesta terwujud maka materi dan antimaterilah yang harus betul – betul kita pahami lebih dulu.

Seperti partikel lainnya, proton juga memiliki momentum sudut intrinsik atau biasa disebut spin. Bayangkan sebuah batang magnet kecil. Dengan analogi ini, lompatan spin kuantum akan mirip dengan “tombol” untuk membalik (flip) kutub - kutub magnet. Namun, mendeteksi spin proton adalah tantangan utama. Sementara momen magnet elektron dan anti partikelnya, positron, sudah bisa diukur dan diperbandingkan pada tahun 1980-an, tidak demikian halnya dengan proton. Menurut Stevan Ulmer, salah seorang anggota kelompok kerja yang dikepalai oleh Prof. Dr. Jochen Walz di Institut Fisika Helmholtz Institute baru, Mainz, momen magnetik proton sebelumnya telah diperkirakan dalam penyetelan partikel (particle ensembles), namun belum teramati secara langsung untuk proton tunggal.

Peralatan yang digunakan untuk untuk mendeteksi spin proton.

Masalah sebenarnya adalah, momen magnet proton 660 kali lebih kecil daripada momen magnetik elektron, yang artinya proton jauh lebih sulit dideteksi. Poyek ini telah memakan waktu lima tahun persiapan dan melibatkan kolaborasi beberapa tim fisikawan, dan mereka berhasil. "Akhirnya kami berhasil mendemonstrasikan deteksi terhadap arah spin proton tunggal yang terperangkap," kata Ulmer gembira.

Meskipun melalui penelitian tersebut, momen magnet proton baru diketahui sampai tiga desimal namun ini membuka jalan bagi pengukuran secara langsung dengan ketelitian tinggi terhadap momen magnetik proton, juga antiproton.

Saat ini, laboratorium Maiz tengah mempersiapkan pengukuran dengan sensitivitas dan ketelitian yang lebih tinggi terhadap simetri materi-antimateri. Pengamatan pertama lompatan kuantum spin dari proton tunggal adalah tonggak penting dalam pengejaran sasaran ini.

Simetri materi-antimateri adalah salah sati pilar Model Standar bagi fisika partikel elementer. Menurut model ini, partikel dan antipartikel harus berperilaku identik namun muatannya berlawanan. Dalam tingkat ketelitian tinggi, pembandingan sifat - sifat dasar partikel dan antipartikel memungkinkan para fisikawan untuk menentukan apakah perilaku simetri ini benar - benar terjadi, serta dapat menjadi dasar teori - teori yang melampaui Model Standar. Dengan asumsi perbedaan antara momen magnet proton dan antiproton bisa dideteksi, riset tersebut akan membuka “jendela” fisika baru ini.



Sumber :
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/06/110621101329.htm
http://www.uni-mainz.de/eng/14236.php