apa itu partikel

Download Apa itu Partikel

Post on 18-Jun-2015

359 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Apa itu Partikel?Adik-adik tentu mengenal atau bahkan suka bermain bola atau kelereng, bukan? Nah, partikel adalah "semacam" bola atau kelereng, namun berukuran sangat kecil, sehingga ia tak tampak oleh mata. Ukuran partikel yang elementer bisa hingga 10-35 m! Sebagai ilustrasi, jika kita memiliki daging sosis sepanjang sepuluh meter kemudian kita bagi-bagi untuk satu trilyun trilyun trilyun orang, maka tiap orang memperoleh bagian satu porsi daging sosis seukuran partikel elementer! Satu trilyun sama dengan angka 1 dengan 12 angka nol dibelakangnya. Sehingga, ukuran partikel elementer dapat kita tulis sebagai seukuran 10 meter sosis dibagi-bagi untuk orang sejumlah 1 dengan 36 angka nol dibelakangnya![1]

[sunting] Detektor PartikelUntuk melihatnya kita memerlukan alat, sebut saja, "detektor partikel". Detektor partikel digunakan untuk mendeteksi, merekam, mengidentifikasi partikel berenergi tinggi, semisal yang dihasilkan oleh peluruhan inti atom, radiasi kosmis, atau reaksi dalam pemercepat partikel. Detektor partikel, disamping berfungsi sebagai kalorimeter untuk mengukur energi partikel yang terdeteksi, juga untuk mengukur sifat-sifat partikel seperti momentum, spin dan muatan. Compact Muon Solenoid (CMS) adalah contoh detektor partikel besar[2].

[sunting] Apa itu Partikel Elementer?Saat bermain kelereng, sering kali kelereng-kelereng tersebut berbenturan satu sama lain. Akibatnya, kelereng tersebut bisa pecah sebagian. Apa yang terjadi jika kelereng tersebut berbenturan sangat keras dan berulang-ulang? Yang terjadi adalah, bagian kelereng semakin banyak yang pecah menjadi serpihan-serpihan. Jika serpihan-serpihan kelereng tadi kita tumbuk atau gerus maka akan kita peroleh butiran-butiran halus sebagai serbuk kelereng. Jika kita mampu "menggerus" serbuk kelereng hingga mencapai ukuran teramat kecil, hingga pada akhirnya ukuran kelereng tersebut tidak bisa lagi diperkecil, maka itulah "partikel elementer!"

[sunting] Siapa Anggota Keluarga Besar Partikel Elementer?

Apakah Adik-adik suka memelihara merpati, parkit, mas koki atau mujair di rumah? Karena kemiripan sifat dan bentuk, merpati dan parkit kita kelompokkan sebagai jenis burung, mas koki dan mujair termasuk jenis ikan, misalnya. Seperti juga pengelompokan burung dan ikan karena kemiripan sifat dan bentuk, begitu pula kemiripan pengelompokkan ini berlaku di keluarga besar partikel elementer. Elektron, muon, tau, neutrino elektron, neutrino muon, neutrino tau adalah anggota "keluarga lepton". Kuark up, kuark down, kuark charm, kuark strange, kuark top, kuark bottom, sebagai anggota "keluarga kuark". Gabungan keluarga lepton dan keluarga kuark membentuk "keluarga fermion". Sedangkan, foton, gluon, graviton, W plus, W minus, Z nol adalah anggota "keluarga boson". Sehingga, sebenarnya hanya ada dua keluarga besar partikel elementer: keluarga fermion dan keluarga boson.

[sunting] Kelahiran Keluarga Fermion - Kelahiran Elektron:Penemuan elektron oleh J.J. Thomson terjadi pada tahun 1897, ditengah-tengah tabung gelas dan kilatan kelistrikan, fisikawan British J.J. Thomson berspekulasi ke sisi dalam atom. Di laboratorium Cavendish Universitas Cambridge, percobaan Thomson dengan arus listrik di dalam tabung gelas kosong. Ia menyelidiki teka-teki lama yang dikenal sebagai "sinar katoda". Percobaannya mendorong dirinya untuk membuat pengajuan yang berani: sinar misterius ini adalah aliran partikel yang jauh lebih kecil dari atom, aliran partikel tersebut secara fakta adalah serpihan-serpihan atom yang teramat kecil. Ia menyebut partikel-partikel ini "butiran-butiran", dan menyarankan bahwa butiran-butiran tersebut mungkin penyusun materi dalam atom. Terasa mengejutkan untuk membayangkan bahwa terdapat partikel dalam atom - kebanyakan orang memikirkan bahwa atom tak terbagi, yakni satuan paling kecil dari materi. Spin Elektron adalah partikel sub atomik fundamental yang membawa muatan listrik negatif. Elektron memiliki spin lepton yang berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik, dan massanya lebih kecil dibanding seperseribu atom terkecil. Muatan kelistrikannya didefinisikan oleh konvensi menjadi negatip, dengan nilai -1 dalam satuan atom. Bersama-sama dengan anti atom, elektron menyusun atom; interaksi elektron dengan inti terdekat adalah penyebab utama ikatan kimia. Sejarah Nama elektron berasal dari kata Yunani untuk batu amber, . Materi ini memainkan peranan penting dalam penemuan fenomena kelistrikan. Orang Yunani kuno mengetahui, sebagai contoh, bahwa menggosok sepotong batu amber dengan bulu

binatang meninggalkan muatan listrik pada permukaannya, yang dapat kemudian menciptakan percikan. Elektron sebagai unit muatan dalam elektrokimia diajukan oleh G. Johnstone Stoney pada tahun 1874, yang juga menciptakan istilah elektron pada tahun 1894. Selama akhir tahun 1890-an sejumlah fisikawan mengajukan bahwa kelistrikan dapat dipahami terdiri dari unit diskrit, yang diberi sejumlah nama, namun realitas mereka tidak ditetapkan dalam cara pemaksaan. Penemuan bahwa elektron adalah partikel subatomik dibuat pada tahun 1897 oleh J.J. Thomson di Laboratorium Cavendish Universitas Cambridge, sementara ia mempelajari tabung sinar katoda. Tabung sinar katoda disegel silinder gelas dimana dua elektroda dipisahkan oleh vakum. Ketika tegangan diterapkan melintasi elektroda, sinar katoda dibangkitkan, menyebabkan tabung bercahaya. Melalui eksperimen, Thomson menemukan bahwa muatan negatip tak dapat dipisahkan dari sinar (dengan menerapkan magnetisme), dan bahwasannya sinar dapat dibelokkan oleh medan listrik. Ia menyimpulkan bahwa sinar bahwa sinar-sinar ini, ketimbang gelombang, tersusun dari partikel bermuatan negatip yang ia sebut korpuskel (corpuscles). Ia mengukur perbandingan massa-muatan elektron dan menemukannya lebih dari ribuan kali lebih kecil daripada ion hidrogen, menyarankan bahwa mereka sangat bermuatan atau bermassa sangat kecil. Eksperimen berikutnya oleh ilmuwan lain menegakkan kesimpulan berikutnya. Perbandingan massa-muatan juga tak gayut pilihan material katoda dan gas pada awalnya dalam tabung vakum. Ini membawa Thomson untuk menyimpulkan bahwa mereka adalah universal diantara seluruh material. Muatan elektron secara cermat diukur oleh R.A. Millikan dalam eksperimen tetes minyak pada tahun 1909. Hukum periodik menyatakan bahwa sifat-sifat kimia elemen sebagian besar berulang sendiri secara periodik dan adalah landasan tabel periodik elemen-elemen. Hukum itu sendiri pada awalnya dijelaskan dengan massa atomik elemen. Namun, sebagaimana terdapat anomali dalam tabel periodik, usaha dibuat untuk menemukan penjelasan yang lebih baik untuknya. Pada tahun 1913, Henry Moseley memperkenalkan konsep bilangan atomik dan menjelaskan hukum periodik dalam kaitan jumlah proton yang dimiliki masing-masing elemen. Dalam tahun yang sama, Niels Bohr menunjukkan bahwa elektron adalah fondasi nyata dari tabel periodik. Pada tahun 1916, Gilbert Newton Lewis menjelaskan ikatan kimia elemen-elemen dengan interaksi elektron. Sifat dan Perilaku Elektron Elektron memiliki muatan listrik -1.6022 x 10-19 coulomb, bermassa 9.11 x 10-31 kg berbasis pada muatan atau pengukuran massa dan massa diam relativistik sekitar 0.511 MeV/c2. Massa elektron sekitar 1/1836 massa proton. Simbol elektron umum adalah e-.

Menurut mekanika kuantum, elektron dapat direpresentasi oleh fungsi gelombang, dimana rapat elektron probabilitas terhitung dapat ditentukan. Orbital masing-masing elektron dalam atom dapat dideskripsikan dengan fungsi gelombang. Berbasiskan prinsip ketakpastian Heisenberg, momentum dan posisi pasti dari elektron nyata tak dapat secara serempak ditentukan. Ini adalah pembatasan yang mana, dalam peristiwa ini, dengan sederhana menyatakan bahwa lebih akurat kita mengetahui posisi partikel, berkurang keakuratan momentumnya, dan sebaliknya. Elektron memiliki spin dan adalah fermion (ia mengikuti statistik Fermi-Dirac). Sebagai tambahan terhadap momentum sudut intrinsiknya, elektron memiliki momen magnetik intrinsik sepanjang sumbu spinnya. Elektron dalam atom diikat terhadap atom; elektron bergerak secara bebas dalam vakum, ruang atau media tertentu adalah elektron bebas yang dapat difokuskan dalam berkas elektron. Ketika elektron bebas bergerak, terdapat aliran netto muatan, aliran ini disebut arus listrik. Kecepatan apung (drift velocity) elektron dalam kawat baja adalah pada orde mm/jam. Namun, kecepatan dimana arus pada satu titik dalam kawat menyebabkan arus dalam bagian lain pada kawat adalah secara khas 75% kecepatan cahaya. Dalam beberapa superkonduktor, pasangan elektron bergerak sebagai pasangan Cooper dimana gerak mereka digandeng menuju maeri dekat melalui vibrasi kisi disebut fonon. Jarak pemisah antara pasangan-pasangan Cooper adalah sekitar 100 nm. Benda memiliki muatan listrik ketika benda memiliki lebih banyak atau lebih sedikit elektron ketimbang yang diperlukan untuk menyeimbangkan muatan positip inti atom. Ketika terdapat kelebihan elektron, objek disebut bermuatan negatip. Ketika terdapat lebih sedikit elektron dibanding proton, objek disebut bermuatan positip. Ketika jumlah elektron dan jumlah proton sama, muatan-muatan mereka membatalkan satu sama lain dan objek disebut secara kelistrikan netral. Benda makroskopik dapat menambah muatan listrik melalui penggosokan, oleh fenomena triboelektrik. Ketika elektron dan positron bertumbukan, mereka saling menghilangkan satu sama lain dan menghasilkan pasangan foton energi tinggi atau partikel lain. Pada sisi lain, foton energi tinggi dapat mentransformasi menjadi elektron dan positron dengan proses yang disebut produksi pasangan, namun hanya dalam keberadaan partikel bermuatan terdekat, semisal inti atom. Elektron sekarang ini dideskripsikan sebagai partikel fundamental atau partikel elementer. Ia tak memiliki struktur. Oleh karena itu, untuk kesesuaian, ia biasanya didefinisikan atau diasumsikan muatan titik matematis seperti partikel, dengan tak ada perluas