Partikel elementer tidak tersedia di alam. Tetapi diperoleh dengan
advertisement
Partikel Elementer Atom pada mulanya dianggap sebagai penyusun materi paling mendasar. Anggapan ini terbukti salah setelah teori atom berkembang berdasarkan hasil-hasil eksperimen. Atom terdiri dari atas elektron-elektron yang mengorbit sekitar inti, dan selanjutnya ditemukan pula bahwa inti atom bukanlah partikel elementer karena ternyata tersusun atas proton dan neutron. Di alam terdapat lebih dari 100 jenis atom. Atom-atom ini dapat dikelompokkan ke dalam tiga partikel dasar, yaitu elektron, proton, dan neutron. Bila melakukan percobaan dengan nukleon berenergi tinggi akan ditemukan hal-hal rumit tentang partikel baru muncul sebagai hasil reaksinya. Dengan adanya mesin pemercepat partikel yang dimulai 1930-an, para fisikawan berhasil “membelah” inti atom. Kemudian, dengan pemercepat yang lebih canggih, kembali para fiikawan mencoba melihat lebih jauh ke dalam proton dan neutron. Penembakkan proton atau neutron menggunakan partikel energi tinggi tidak membelahnya menjadi bagian-bagian sederhana melainkan melahirkan partikel-partikel baru yang lebih berat dan lebih rumit dari pada proton dan neutron. Baru beberapa tahun terakhir ada keyakinan tantang adanya suatu keteraturan, yaitu proton, neutron, dan partikel elementer lainnya tersusun atas satuan yang sangat kecil sebagai “batu bata” penyusun materi yang disebut quark. Kemudian, partikel pertikel yang telah dikenal diklompokkan ke dalam tiga grup, yaitu lepton, barion, dan meson. A. Partikel dan medan Reaksi yang terjadi di antara partikel-partikel dalam benturan energi tinggi melibatkan empat macam gaya mendasar, yaitu: 1. Gaya kuat (strong) terdapat pada ikatan inti dan merupakan interaksi terkuat. 2. Gaya elektromagnetik besarnya seperseratus gaya kuat 3. Gaya lemah terdapat pada proses peluruhan beta, inti yang besarnya 10-13 kali interaksi kuat 4. Gaya gravitasi yang besarnya 10-38, tidak memberikan efek sama sekali pada tingkat fisika partikel Tabel 8.1 Empat macam gaya fundamental Jenis Gaya Bekerja pada Kekuatan relatif Jangkau Kuat Barion dan meson 1 10-15 m Elektromagnetik Partikel bermuatan 10-2 ∞ Lemah Lepton, barion, meson 10-6 10-18 m Gravitasi Semua bentuk materi 10-38 ∞ Tabel 8.2 Pengelompokkan beberapa paertikel elementer berdasarkan interaksi dan spin intrinsik Interaksi kuat Interaksi Elektromagnetik Interaksi lemah Spin ½ Spin 0 π e e e π κ µ µ µ κ ρ π ν ν n κ π ρ Λ ρ κ n n ρ Λ n Λ Misalnya, interaksi anatra dua proton yang terletak pada jarak dekat berinteraksi dengan gaya kuat, sedangkan interkasi anatra proton dan electron tidak pernah terjadi dengan gaya kuat. Pengelompokkan berdasarkan massa partikel, yaitu: 1. Lepton, yaitu kelompok teringan (e, µ, ν) 2. Meson, yaitu kelompok antara (π, κ) 3. Barion, yaitu kelompok terberat (ρ, n) Pengelompokkan berdasarkan usia hidup partikel yang stabil terhadap peluruhan, yaitu: 1. Peluruhan yang berlangsung menurut interaksi kuat memiliki waktu hidup tersingkat (10-20 – 10-23) detik 2. Peluruhan karena interaksi elektromagnetik waktu hidupnya lenih lambat (10-15 – 10-18) detik. 3. Peluruhan karena interaksi lemah waktu hidupnya (10-10 detik – 15 menit) Salah satu sifat partikel mempunyai anti partikelnya yang massa dan banyak sifat lainnya identik dengan partikelnya kecuali muatan elektriknya yang berbeda tanda. Misalnya elektron, anti parikelnya yaitu positron, proton anti partikelnya anti proton yang mempunyai massa sama dengan proton tetapi bermuatan negatif. Apabila partikel bertemu dengan anti partikelnya, maka kedua partikel akan lenyap dan sebagi gantinya dihasilkan satu atau dua foton atau sinar gamma. Reaksi ini dikenal dengan rekasi pemusnahan. Contoh reaksi pemusnahan, yaitu: e– + e+ = γ1 + 2 (Eγ1 = Eγ2 = 0,511 MeV) Hukum kekekalan Dalam fisika dikenal beberapa hukum kekekalan, antara lain hukum kekekalan momentum linier, momentum sudut, hukum kekekalan energi. Semuanya ini berlaku dalam ruang dan waktu. Pada reaksi kimia diberlakukan hukum kekekalan jumlah elektron. Dalam proses inti akan bertemu dengan proton dan neutron, misalnya peleuruhan α dalam inti atom. 235 π92 231 πβ90 π»π24 Atau dalam reaksi 63 π + πΆπ’29 63 ππ30 +π Dalam kedua reaksi inti diatas perlu menyeimbangkan antara jumlah elektron dan neutron sebelum dan sesudah reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa dalam reaksi inti mensyaratkan jumlah proton dan jumlah neutron harus kekal. (kekekalan jumlah proton dan neutron dapat ditafsirkan sebagai hukum kekekalan muatan elektrik). Pada semua peluruhan dan reaksi inti berlakuku hukum kekekalan muata elektrik dan jumlah nukleon. Misalnya pada peluruhan β, reaksinya yaitu: p + e– + v n Keluarga partikel Keluarga partikel lepton, meson, dan barion adalah sebuah partikel istimewa. Keluarga lepton terdiri dari partikel-partikel yang tidak berinteraksi dengan spin ½. Yang termasuk keluarga lepton, yaitu e, muon (µ), ν, dan ditambah empat anti partikelnya. Meson mempunyai massa diam antara lepton dan barion. Banyak ditemukan meson-meson yang mempunyai massa lebih berat daripada barion teringan. Meson tidak stabil memilki spin 0 atau 1. Meson (κ) memilki sifat aneh, yaitu: 1. Meson netral (η, π0) meluruh sangat cepat (10-16 – 10-18) detik ke dalam 2 foton. 2. κ0 meluruh lebih lambat (10-10) detik manjadi meson π dan lepton. Interaksi dan peluruhuan partikel Partikel elementer tidak tersedia di alam. Tetapi diperoleh dengan tumbukan dahsyat dan ada umumnya tidak stabil kecuali proton. Berkas proton ditembakkan pada sasaran (hydrogen cair) akan dihasilkan berbagai partikel elementer. p Detektor π + Berkas Proton Λ p Untuk mengukur partikel-partikel elementer memerlukan detektor yang diukur, antara lain massa, momentum partikel yang datang. Energi peluruhannya merupakan selisih antara massa partikel awal dengan massa partikel hasil. Momentum akhir partikel hasil sama besar tetapi arahnya berlawanan.
