Massa masih menjadi misteri bagi fisikawan

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Massa adalah salah satu konsep fundamental dan sekaligus misterius dalam sains. Dalam dunia partikel elementer, tidak dapat dipisahkan dari energi. Ini bukan nol bahkan untuk neutrino, dan sebagian besar terletak di bagian alam semesta yang tak terlihat. RIA Novosti memberi tahu apa yang diketahui fisikawan tentang massa dan rahasia apa yang terkait dengannya.

Relatif dan dasar

Di pinggiran kota Paris, di markas besar Biro Berat dan Ukuran Internasional, ada sebuah silinder yang terbuat dari paduan platinum dan iridium dengan berat tepat satu kilogram. Ini adalah standar untuk seluruh dunia. Massa dapat dinyatakan dalam volume dan kepadatan dan dapat dianggap sebagai ukuran jumlah materi dalam tubuh. Tetapi fisikawan yang mempelajari dunia mikro tidak puas dengan penjelasan sesederhana itu.

Bayangkan memindahkan silinder ini. Tingginya tidak melebihi empat sentimeter, namun, upaya nyata harus dilakukan. Akan membutuhkan lebih banyak upaya untuk memindahkan, misalnya, lemari es. Kebutuhan untuk menerapkan gaya fisika dijelaskan oleh kelembaman benda, dan massa dianggap sebagai koefisien yang menghubungkan gaya dan percepatan yang dihasilkan (F = ma).

Massa berfungsi sebagai ukuran tidak hanya gerak, tetapi juga gravitasi, yang membuat benda saling tarik menarik (F = GMm / R2). Ketika kita sampai pada skala, panah menyimpang. Ini karena massa Bumi sangat besar, dan gaya gravitasi benar-benar mendorong kita ke permukaan. Pada bulan yang lebih terang, berat seseorang enam kali lebih sedikit.

Gravitasi tidak kalah misteriusnya dengan massa. Asumsi bahwa saat bergerak beberapa benda yang sangat masif dapat memancarkan gelombang gravitasi secara eksperimental dikonfirmasi hanya pada tahun 2015 pada detektor LIGO. Dua tahun kemudian, penemuan ini dianugerahi Hadiah Nobel.

Menurut prinsip ekivalensi yang dikemukakan oleh Galileo dan disempurnakan oleh Einstein, massa gravitasi dan massa inersia adalah sama. Dari sini dapat disimpulkan bahwa benda-benda masif mampu menekuk ruang-waktu. Bintang dan planet menciptakan corong gravitasi di sekitar mereka, di mana satelit alami dan buatan berputar hingga jatuh ke permukaan.

Dari mana massa itu berasal?

Fisikawan yakin bahwa partikel elementer pasti memiliki massa. Terbukti bahwa elektron dan bahan penyusun alam semesta - quark - memiliki massa. Jika tidak, mereka tidak dapat membentuk atom dan semua materi yang terlihat. Sebuah alam semesta tanpa massa akan menjadi kekacauan kuanta dari berbagai radiasi, bergegas dengan kecepatan cahaya. Tidak akan ada galaksi, tidak ada bintang, tidak ada planet.

Tapi dari mana partikel mendapatkan massanya?

"Saat membuat Model Standar dalam fisika partikel - sebuah teori yang menggambarkan interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat dari semua partikel elementer, kesulitan besar muncul. Model tersebut mengandung divergensi yang tidak dapat dihindari karena adanya massa partikel yang tidak nol," kata Alexander Studenikin, Doctor of Science, kepada RIA Novosti, Profesor Departemen Fisika Teoritis, Departemen Fisika, Universitas Negeri Lomonosov Moscow.

Solusinya ditemukan oleh para ilmuwan Eropa pada pertengahan 1960-an, menunjukkan bahwa ada bidang lain di alam - bidang skalar. Itu menembus seluruh Semesta, tetapi pengaruhnya hanya terlihat di tingkat mikro. Partikel tampaknya terjebak di dalamnya dan dengan demikian mendapatkan massa.

Bidang skalar misterius dinamai fisikawan Inggris Peter Higgs, salah satu pendiri Model Standar. Boson, partikel masif yang muncul di medan Higgs, juga menyandang namanya. Ditemukan pada tahun 2012 dalam percobaan di Large Hadron Collider di CERN. Setahun kemudian, Higgs dianugerahi Hadiah Nobel bersama dengan François Engler.

berburu hantu

Partikel-hantu - neutrino - juga harus diakui sebagai masif. Ini karena pengamatan fluks neutrino dari Matahari dan sinar kosmik, yang tidak dapat dijelaskan untuk waktu yang lama. Ternyata sebuah partikel mampu berubah menjadi keadaan lain selama gerakan, atau berosilasi, seperti yang dikatakan fisikawan. Ini tidak mungkin tanpa massa.

Neutrino elektronik, yang lahir, misalnya, di bagian dalam Matahari, dalam arti sempit tidak dapat dianggap sebagai partikel elementer, karena massanya tidak memiliki arti yang pasti. Tetapi dalam gerak, masing-masing dapat dianggap sebagai superposisi partikel elementer (juga disebut neutrino) dengan massa m1, m2, m3. Karena perbedaan kecepatan massa neutrino, detektor tidak hanya mendeteksi neutrino elektron, tetapi juga neutrino jenis lain, seperti neutrino muonik dan tau. Ini adalah konsekuensi dari pencampuran dan osilasi yang diprediksi pada tahun 1957 oleh Bruno Maksimovich Pontecorvo, jelas Profesor Studenikin.

Telah ditetapkan bahwa massa neutrino tidak dapat melebihi dua persepuluh elektron volt. Namun arti pastinya masih belum diketahui. Para ilmuwan melakukan ini dalam percobaan KATrin di Institut Teknologi Karlsruhe (Jerman), yang diluncurkan pada 11 Juni.

"Pertanyaan tentang besarnya dan sifat massa neutrino adalah salah satu yang utama. Solusinya akan menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut dari ide-ide kami tentang struktur," profesor menyimpulkan.

Tampaknya, pada prinsipnya, semuanya diketahui tentang massa, masih mengklarifikasi nuansa. Tapi ini tidak terjadi. Fisikawan telah menghitung bahwa materi, yang sesuai dengan pengamatan kita, hanya menempati lima persen dari massa materi di alam semesta. Sisanya adalah materi gelap dan energi hipotetis, yang tidak memancarkan apa pun dan karenanya tidak terdaftar. Partikel apa yang terdiri dari bagian-bagian alam semesta yang tidak diketahui ini, apa strukturnya, bagaimana mereka berinteraksi dengan dunia kita? Generasi ilmuwan berikutnya harus mencari tahu.