​Introduction to The Standard Model

Pernahkan kalian bertanya-tanya: Apa yang menyusun alam semesta? Adakah seperangkat aturan dasar yang mengatur interaksi-interaksi dalam alam semesta?

Alam semesta tersusun atas materi yang tersusun atas partikel fundamental. Sesungguhnya hanya ada empat gaya atau interaksi fundamental yang menjadi aturan main alam semesta: elektromagnetisme, gravitasi, interaksi kuat, dan interaksi lemah. Seluruh materi dan gaya dalam alam semesta (kecuali gravitasi) dideskripsikan oleh Model Standar fisika partikel.


ENTER THE STANDARD MODEL

Dalam Model Standar fisika partikel, partikel penyusun alam semesta diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama: fermion dan boson. Fermion adalah konstituen materi, sementara boson adalah partikel perantara gaya.

Fermion: The Constituents of Matter

Seperti yang tertulis di atas, fermion adalah penyusun seluruh materi di alam semesta (kecuali mungkin dark matter). Fermion dibagi lagi menjadi dua kelompok, yaitu kuark dan lepton. Setiap fermion juga memiliki pasangan antipartikel, yaitu partikel dengan properti yang sama tetapi muatan yang berlawanan. Contohnya adalah elektron dengan antielektron (disebut juga positron); elektron bermuatan -1, sedangkan positron bermuatan +1. Namun, antipartikel tidak dimasukkan secara eksplisit dalam Model Standar, sehingga tidak akan dibahas secara rinci dalam artikel ini.

  1. Quark
    Salah satu ciri kuark adalah bahwa ia mengalami interaksi kuat. Akibatnya, kuark umumnya ditemukan berkelompok dengan kuark lain, membentuk partikel yang disebut hadron. Hadron dapat berupa meson (gabungan dua kuark) atau barion (gabungan tiga kuark).
    Terdapat enam macam kuark; keenamnya dikategorikan menjadi tipe up dan tipe down. Kuark tipe up meliputi kuark up, charm, dan top, sementara kuark tipe down meliputi kuark down, strange, dan bottom. Kuark tipe up memiliki muatan +2/3, sementara kuark tipe down bermuatan -1/3. Perbedaan masing-masing kuark dalam tipe up maupun down terletak pada massanya. Namun, untuk saat ini kalian tidak perlu pusing dengan semua partikel aneh tersebut; hanya kuark up dan down yang menyusun materi yang kita temui sehari-hari. Hal ini disebabkan kuark up dan down memiliki massa terkecil dalam golongannya masing-masing, sehingga lebih stabil.
    Proton tersusun atas dua kuark up dan satu kuark down, sementara neutron tersusun atas satu kuark up dan dua kuark down. Dengan perhitungan sederhana, kalian dapat melihat bahwa muatan kedua barion tersebut sesuai dengan yang kalian pelajari di sekolah; proton bermuatan +1 dan neutron tidak bermuatan.
  2. Lepton 
    Berbeda dengan kuark, lepton tidak merasakan interaksi kuat. Ada enam macam lepton yang digolongkan menjadi dua kelompok: lepton bermuatan dan neutrino. Lepton bermuatan yang paling terkenal adalah elektron, yang juga merupakan lepton penyusun materi yang paling melimpah. Dua lepton bermuatan lainnya, muon dan tau, jarang ditemukan secara alami. Ketiga lepton tersebut memiliki muatan yang sama, yaitu -1. Perbedaan ketiganya, seperti kuark, terletak pada massanya, dengan elektron memiliki massa terkecil dan tau memiliki massa terbesar.
    Neutrino adalah lepton tak bermuatan. Oleh karena itu, selain tidak merasakan interaksi kuat, neutrino juga tidak mengalami gaya elektromagnetik yang hanya bekerja pada partikel bermuatan. Setiap neutrino berasosiasi dengan tiga lepton bermuatan yang telah dibahas sebelumnya. Penamaan neutrino tidak terlalu kreatif; tiga neutrino yang kita ketahui dinamakan neutrino elektron, neutrino muon, dan neutrino tau. Salah satu peran neutrino adalah sebagai produk peluruhan kuark melalui interaksi lemah.

 


BOSON: THE FORCE CARRIERS

Sementara fermion adalah partikel materi, boson adalah partikel gaya. Boson-lah yang memunculkan interaksi-interaksi dalam skala subatomik, seperti pembentukan molekul, pembentukan inti atom, dan peluruhan neutron menjadi proton. Sampai saat ini, hanya gravitasi yang belum dapat dicakup dalam Model Standar.

Di antara tiga interaksi yang terdapat dalam Model Standar, kekuatan gaya elektromagnetik berada di tengah-tengah. Sesuai namanya, interaksi kuat adalah yang terkuat di antara ketiganya, sementara interaksi lemah adalah yang terlemah. Meskipun demikian, interaksi lemah sesungguhnya masih lebih kuat dibandingkan gravitasi.

Untuk setiap jenis interaksi fundamental, terdapat boson yang berasosiasi dengannya. Elektromagnetisme memiliki foton dan interaksi kuat memiliki gluon sebagai partikel perantaranya. Sementara itu, ada tiga boson yang berasosiasi dengan interaksi lemah: W+, W-, dan Z. Foton dan gluon tidak bermassa, sedangkan boson W dan Z memiliki massa yang cukup besar (jauh lebih besar daripada proton dan neutron). Beberapa ilmuwan juga mengusulkan adanya graviton sebagai perantara gravitasi. Namun, keberadaan graviton belum dapat dibuktikan.

 


THE FUNDAMENTAL FORCES OF NATURE

  1. Electromagnetism
    Elektromagnetisme adalah gaya yang paling sering kita amati dan rasakan. Gaya elektromagnetik terjadi antara benda-benda bermuatan, termasuk proton dan elektron. Mendengar isitilah elektromagnetisme, mungkin pikiran kalian tertuju pada petir, listrik yang memberi daya pada ponsel Anda, atau magnet yang mampu menarik logam. Namun, elektromagnetisme tidak terbatas pada hal-hal tersebut. Manifestasi elektromagnetisme sangatlah luas, bahkan pada hal-hal yang tidak berhubungan dengan listrik atau magnet sekalipun. Salah satunya adalah cahaya.
    Sesungguhnya, sebagian besar gaya yang kita alami sehari-hari hanyalah manifestasi berbeda-beda dari elektromagnetisme, baik itu memukul meja, memijakkan kaki di lantai, dan reaksi-reaksi kimia seperti reduksi dan oksidasi. Gaya berupa dorongan terjadi akibat gaya tolak antara muatan yang sama dalam molekul penyusun materi, sementara tarikan terjadi pada muatan yang berlawanan. Semua gaya tersebut diperantarai oleh foton.
  2. Strong Interaction
    Dalam skala besar, mungkin hanya elektromagnetisme dan gravitasi yang pengaruhnya tampak jelas. Namun, interaksi kuat tidak kalah penting dibandingkan kedua interaksi tersebut; tanpanya, atom-atom yang menyusun kita maupun objek-objek lain dalam alam semesta tidak akan ada. Interaksi kuat merekatkan kuark dalam bentuk hadron. Contohnya adalah proton dan neutron yang telah dijelaskan di atas. Perekatan kuark dalam hadron diperantarai oleh gluon.
  3. Weak Interaction
    Interaksi lemah mempengaruhi seluruh fermion, baik itu kuark, lepton bermuatan, maupun neutrino. Interaksi tersebut diperantarai oleh tiga boson. Boson W memiliki muatan seperti halnya elektron dan proton, dengan W+ bermuatan +1 dan W- bermuatan -1, sedangkan boson Z adalah partikel netral. Boson W dan Z memiliki massa yang besar sehingga tidak stabil; boson-boson tersebut akan segera meluruh menjadi partikel lain setelah diproduksi.
    Salah satu manifestasi interaksi lemah adalah peluruhan neutron menjadi proton yang diperantarai oleh boson W-. Peluruhan terjadi ketika satu kuark down dalam neutron berubah menjadi kuark up dengan melepaskan boson W-. Akibatnya, total muatan dalam barion tersebut berubah menjadi +1, yaitu menjadi proton. Setelah itu, partikel W- segera meluruh menjadi elektron dan neutrino elektron. Dengan kata lain, interaksi lemah dapat mengubah suatu atom menjadi atom lain dengan mengubah jumlah proton dalam atom tersebut.

Summary:

  • Model Standar fisika partikel membagi penyusun alam semesta menjadi fermion dan boson. Fermion adalah partikel materi, sementara boson adalah partikel pembawa gaya fundamental.
  • Fermion dibagi menjadi kuark dan lepton. Kuark mengalami interaksi kuat, sedangkan lepton tidak.
  • Kuark dibagi menjadi tipe up (muatan +2/3) dan tipe down (muatan -1/3).
  • Kuark umumnya ditemukan dalam bentuk hadron, yang meliputi meson (gabungan dua kuark) dan barion (gabungan tiga kuark). Contoh barion adalah proton dan neutron.
  • Lepton dibagi menjadi lepton bermuatan (muatan -1) dan neutrino (muatan 0). Contoh lepton bermuatan adalah elektron.

Empat gaya fundamental beserta boson yang berasosiasi dengannya:

  • Elektromagnetisme: foton. Gaya elektromagnetik dialami oleh partikel bermuatan (kuark dan lepton bermuatan).
  • Interaksi kuat: gluon. Interaksi kuat dialami hanya oleh kuark.
  • Interaksi lemah: boson W+, W-, dan Z. Interaksi lemah dialami oleh semua fermion.
  • Gravitasi: graviton (belum terbukti). Untuk saat ini gravitasi masih belum dapat dipadukan dengan Model Standar.

Namun, Model Standar tidaklah tanpa kekurangan. Ada beberapa misteri yang belum terpecahkan, antara lain: Model Standar belum dapat menggabungkan gravitasi dengan tiga gaya fundamental lainnya, tidak memuat dark matter, dan tidak dapat menjelaskan mengapa antimateri sangat sedikit di alam semesta.

Tetap saja, Model Standar tampak sebagai model fundamental yang memuat bahan dasar serta aturan main dalam jagat raya. Model yang simpel dan elegan, namun dapat menjelaskan berbagai kompleksitas dan keajaiban dalam alam semesta. Dari kesederhanaan tersebut, segala hal yang kita ketahui mengenai kosmos lahir. Bintang ataupun planet; makhluk hidup ataupun benda mati; manusia maupun bakteri, segalanya hanyalah manifestasi berbeda dari komponen dasar yang sama dan menuruti aturan main yang sama.


Here’s a video to guide you on the Standard Model:

What Is Something? by Kurzgesagt—In a Nutshell

 

 

22 Januari 2016
Cosmos @ Perspektif
All Rights Reserved


Sumber:

Carroll, S. (2012) The Particle at the End of the Universe. New York, NY: Penguin Group.

CERN. The Standard Model. http://home.cern/about/physics/standard-model

Elert, G. (n.d.) The Standard Model. The Physics Hypertextbook. http://physics.info/standard/

Sumber gambar :

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/00/Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg/ 2000px-Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg.png

 

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s