Partikel X17: Partikel Baru Dalam Fisika Yang Mungkin Memecahkan Misteri Dark Matter

Sebuah tim ilmuwan di Hongaria baru-baru ini menerbitkan sebuah makalah yang memberikan informasi tentang keberadaan partikel subatom yang sebelumnya tidak diketahui. Tim riset ini pertama kali melaporkan penemuan jejak partikel baru pada tahun 2016, dan saat ini melaporkan lebih banyak jejak partikel tersebut dalam bentuk percobaan yang berbeda.

Jika hasilnya dikonfirmasi, apa yang disebut partikel X17 dapat membantu kita menjelaskan teka-teki material gelap (dark matter), partikel misterius itu dipercaya para ilmuwan telah memberikan lebih dari 80% massa di alam semesta. Partikel ini mungkin pembawa "fifth force" di luar empat yang diperhitungkan dalam model standar fisika (gravitasi, elektromagnetisme, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat).

Sebagian besar peneliti mencari partikel baru menggunakan akselerator yang sangat besar untuk menghancurkan partikel subatom secara bersamaan dengan kecepatan tinggi serta mengidentifikasi apa saja yang keluar dari ledakan partikel tersebut. Akselerator yang digunakan adalah Large Hadron Collider yang terdapat di Eropa, dimana partikel Higgs Boson diburu oleh ilmuwan selama beberapa dekade terakhir dan ditemukan pada tahun 2012.

Baca juga berita: Teori Kuantum yang Mengupas Misteri Pengukuran

Attila J. Krasznahorkay dan rekan-rekannya di ATOMKI (Institute of Nuclear Research di Debrecen, Hungary) telah mengambil pendekatan yang berbeda yaitu melakukan eksperimen kecil dimana partikel subatomik yang disebut proton ditembakkan pada inti atom yang berbeda.

Pada tahun 2016, mereka mengamati pasangan elektron dan positron yang diproduksi ketika inti beryllium-8 beralih dari keadaan energi tinggi ke keadaan energi rendah. Mereka menemukan penyimpangan dari apa yang diharapkan ketika terdapat sudut besar antara elektron dan positron yang terbentuk. Anomali ini bisa dijelaskan jika nukleus memancarkan partikel yang tidak diketahui yang kemudian "terpecah" menjadi elektron dan positron.

Partikel ini harus menjadi dalam bentuk boson, yang merupakan jenis partikel yang membawa kekuatan dan massa sekitar 17 juta elektron volt. Nilai ini hampir sama dengan 34 elektron, yang cukup ringan untuk partikel seperti ini. (misalnya Higgs Boson, lebih dari 10.000 kali lebih berat.)

Karena massanya, Krasznahorkay dan timnya berhipotesis dan menyebutnya "partikel X17". Sekarang mereka telah mengamati beberapa perilaku aneh dalam inti helium-4 yang juga dapat dijelaskan melalui kehadiran X17 ini.

Anomali terbaru ini signifikan secara statistik dengan tingkat kepercayaan seven sigma yang berarti hanya ada kemungkinan sangat kecil hasil yang terjadi secara kebetulan. Ini jauh melampaui standar five sigma biasa untuk penemuan baru, sehingga hasilnya tampaknya menunjukkan adanya beberapa ilmu fisika baru ditemukan di sini.

Namun, pengumuman baru pada tahun 2016 telah bertemu dengan skeptisisme (meragukan suatu pandangan tertentu) oleh komunitas fisika dimana jenis skeptisisme ini muncul ketika dua tim secara bersamaan mengumumkan penemuan partikel Higgs Boson pada tahun 2012.

Jadi mengapa begitu sulit bagi fisikawan untuk percaya bahwa partikel boson ringan ini bisa ditemukan?

Penelitian baru ini dipimpin oleh Attila Krasznahorkay (kanan). Kredit: Attila Krasznahorkay

Pertama, eksperimen semacam ini sulit, dan begitu pula dengan analisis datanya. Sinyal atau informasi yang dibutuhkan pada saat eksperimen dapat muncul dan menghilang. Kembali pada tahun 2004, misalnya, kelompok di Debrecen menemukan bukti yang mereka tafsirkan sebagai kemungkinan adanya boson yang bahkan lebih ringan, tetapi ketika mereka mengulangi percobaan, sinyal atau informasi yang diharapkan menghilang.

Kedua, kita perlu memastikan keberadaan X17 sangat kompatibel atau sesuai dengan hasil dari eksperimen lain. Dalam hal ini, baik hasil 2016 dengan berilium dan hasil baru yang diperoleh dengan helium dapat dijelaskan oleh keberadaan X17 tetapi pemeriksaan secara independen  masih perlu dilakukan secara teliti.

Krasznahorkay dan kelompoknya pertama kali melaporkan bukti yang lemah (pada tingkat tiga sigma) untuk boson baru pada 2012 di sebuah lokakarya di Italia.

Sejak itu tim telah mengulangi percobaan menggunakan peralatan yang ditingkatkan dan berhasil mereproduksi hasil berilium-8 yang meyakinkan demikian pula dengan helium-4. Hasil riset baru ini dipresentasikan pada simposium HIAS 2019 di Australian National University, Canberra

Lantas apa hubungannya ini dengan material gelap (dark matter)?

Para ilmuwan percaya bahwa sebagian besar materi di alam semesta tidak terlihat oleh kita. Yang disebut material gelap hanya akan berinteraksi dengan material normal yang sangat lemah. Kita dapat menyimpulkan bahwa ia ada dari efek gravitasi yang dimiliki pada bintang dan galaksi yang jauh, tetapi ia tidak pernah terdeteksi di laboratorium.

Jadi dari mana X17 memungkinkan memecahkan misteri dark matter?

Pada tahun 2003, salah satu dari kami (Boehm) menunjukkan bahwa partikel X17 bisa ada yang telah dijelaskan melalui pekerjaan yang ditulis bersama dengan Pierre Fayet. Hal ini akan membawa kekuatan antara partikel materi gelap dengan cara yang sama dengan foton (partikel cahaya).

Dalam salah satu skenario yang telah diusulkan, partikel lightweight material gelap kadang-kadang bisa menghasilkan pasangan elektron dan positron dengan cara yang mirip dengan apa yang telah dilihat tim Krasznahorkay.

Skenario ini telah menyebabkan banyak pencarian dalam percobaan energi rendah yang telah mengesampingkan banyak kemungkinan. Namun, X17 belum dikesampingkan, dalam hal ini kelompok Debrecen mungkin telah menemukan bagaimana partikel material gelap berkomunikasi dengan dunia kita.

Diperlukan bukti yang cukup kuat
Meskipun hasil penelitian dari Debrecen sangat menarik, komunitas fisika tidak akan mudah yakin bahwa partikel baru memang telah ditemukan sampai ada konfirmasi independen.

Jadi kita bisa berharap, banyak percobaan di seluruh dunia yang mencari partikel boson ringan baru untuk mulai mencari atau berburu bukti X17 dan interaksinya dengan pasangan elektron dan positron.

Jika ditemukan konfirmasi yang sesuai, penemuan berikutnya mungkin adalah partikel material gelap itu sendiri.



Sumber berita
https://phys.org/news/2019-12-x17-factor-particle-physics-dark.html