NARASOMA NOTEBOOK

Gambar 1 : Balok penyusun alam semesta yang meliputi tiga tipe neutrino, dikenal sebagai neutrino elektron, neutrino muon dan neutrino tau. Lebih dari satu dasawarsa yang lalu, fisikawan telah membuktikan bahwa neutrino - neutrino itu dapat berubah bentuk dari yang satu ke yang lain.

Para saintis dalam eksperimen Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS) di Department of Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory pada 24 Juni 2011, mengumumkan hasil pencarian fenomena langka, perubahan bentuk neutrino muon ke neutrino elektron. Hasilnya konsisten dengan pengukuran sejenis yang dilaporkan eksperimen T2K di Jepang 10 hari sebelumnya. Proyek itu juga mengumumkan indikasi perubahan bentuk tipe ini.

Hasil dari kedua eksperimen itu memiliki implikasi terhadap pemahaman kita akan aturan yang menyatakan bahwa neutrino mungkin mempunyai peran dalam evolusi alam semesta. Jika neutrino muon bertransformasi ke neutrino elektron, ia dapat menjadi alasan kenapa Big Bang memproduksi lebih banyak materi daripada antimateri, yang berimplikasi pada mewujudnya alam semesta saat ini.

MINOS di Fermilab mencatat sebanyak 62 peristiwa mirip neutrino (neutrino-like events). Jika neutrino muon tidak berubah bentuk menjadi neutrino elektron, MINOS seharusnya hanya mendapatkan 49 peristiwa. Eksperimen itu, seharusnya menemukan 71 peristiwa jika neutrino berubak bentuk sebanyak perubahan yang terjadi pada saat percobaan T2K dilakukan. Namun kedua eksperimen itu memang menggunakan metode dan teknik analisis yang berbeda untuk "melihat" fenomena langka ini.

Untuk mengukur transformasi neutrino muon ke bentuk neutrino lain, eksperimen MINOS mengirimkan seberkas neutrino sejauh 450 mil (735 km) di bawah tanah dari akselerator injektor utama di Fermilab ke sebuah detektor neutrino seberat 5000 ton, setengah mil di bawah tanah di Soudan Underground Laboratory di Minnesota bagian utara. Eksperimen itu menggunakan dua detektro yang hampir sama: detektor di Fermilab yang digunakan untuk memeriksa kemurnian berkas neutrino muon dan detektor di Soudan yang digunakan untuk mendeteksi elektron dan neutrino muon. Perjalanan neutrino dari Fermilab ke Soudan menghabiskan sekitar 4/100 detik, waktu yang cukup bagi neutrino untuk berubah bentuk.

Gambar 3 : Neutrino, partikel mirip hantu yang sangat jarang berinteraksi dengan materi, menempuh perjalanan 450 mil lurus melewai bawah tanah dari Fermilab ke Soudan tanpa terowongan!. Eksperimen MINOS mengkaji berkas neutrino muon menggunakan duda detektor. Detektor dekat MINOS, terletak di Fermilab, mencatat komposisi berkas neutrino muon saat ia meninggalkan area penembakan Fermilab. Detektor jauh MINOS yang terletak di Minnesota, setengah mil di dalam tanah, sekali lagi menganalisis berkas neutrino. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengkaji osilasi neutrino muon ke neutrino elektron atau neutrino tau di bawah kondisi laboratorium secara langsung.

Selama lebih dari satu dasawarsa, para saintis telah membuktikan bahwa ketiga neutrino yang dikenal dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Melalui eksperimen, telah ditemukan bahwa neutrino muon menghilang, meskipun telah dicoba untuk dideteksi menggunakan beberapa pengukuran terbaik yang disediakan oleh MINOS. Saintis pun berpikir bahwa sebagian besar neutrino muon itu berubah bentuk menjadi neutrino tau, yang sejauh ini sangat sulit untuk didapatkan, mereka juga mengira bahwa sebagian lain berubah menjadi neutrino elektron.

Pengamatan peristiwa mirip-neutrino elektron pada detektor di Soudan memungkinkan para ilmuwan MINOS untuk menggali informasi tentang besaran yang disebut (dibaca sinus kuadrat dua teta satu tiga). Jika neutrino muon tidak berubah bentuk menjadi neutrino elektron, besaran ini bernilai nol. Kisaran nilai yang didapat dari pengukuran oleh MINOS berimpit namun lebih sempit dari kisaran pada eksperimen T2K.

Gambar 2 :  Menurut data T2K, nilai ini yang sangat mungkin 0,11. Hasil MINOS lebih mengarah ke 0,04; dan data ini mengindikasikan bahwa teta 13 tidak nol dengan tingkat keyakinan 89%.

MINOS memberikan batasan bagi kisaran ini antara 0 dan 0,12; meningkatkan hasil yang diperoleh dengan himpunan data yang lebih sedikit pada tahun 2009 dan 2010. Sebagai perbandingan, kisaran nilai yang diperoleh T2K adalah antara 0,03 dan 0,28.

"MINOS diharapkan bisa lebih sensitif terhadap perubahan bentuk itu dengan jumlah data yang dimiliki kedua eksperimen," kata fisikawan Fermilab Robert Plunkett, asisten jurubicara untuk eksperimen MINOS. "Tampaknya alam telah memilih nilai yang mungkin untuk berada di bagian bawah kisaran nilai yang diizinkan oleh T2K. Usaha serta data yang lebih benar - benar dibutuhkan untuk mengkonfirmasi kedua pengukuran itu."

Pengukuran MINOS adalah harapan terakhir dari usaha dunia untuk mempelajari lebih lanjut tentang neutrino. Sebab eksperimen T2K sejak Maret lalu telah terputus, ketika gempa bumi parah di Jepang merusak sumber neutrino muon untuk proyek akbar itu. Tiga reaktor nuklir untuk eksperimen neutrino itu, yang menggunakan teknik yang berbeda untuk mengukur , sedang dalam proses persiapan. Para ilmuwan dalam proyek itu berharap bisa melanjutkan eksperimen lintas Jepang tersebut akhir tahun. Sementara itu, MINOS sendiri akan melanjutkan pengumpulan data sampai Februari 2012.

"Sains biasanya cenderung mengalami kemajuan secara perlahan daripada tiba - tiba, dan ini juga berlaku untuk riset neutrino," kata Jenny Thomas dari University College London, asisten juru bicara untuk eksperimen MINOS. "Jika transformasi neutrino muon ke neutrino elektron tejadi dalam tingkat yang cukup tinggi, ekperimen selanjutnya harus mencari tahu apakah alam memberikan kita dua neutrino ringan dan satu berat atau sebaliknya. Ini benar - benar hal besar yang berikutnya harus diketahui dalam fisika neutrino."



Sumber :
Laporan Fermilab
Foto - foto Dokumentasi