PERKEMBANGAN FISIKA PARTIKEL

Oleh:Rulyaimah (4201413018)Atikah (4201413005)

Atom berasal dari bahasa Yunani “atomos” yang artinya tidak dapat dibagi (partikel elementer).

Setelah Th 1932 para fisikawan mengganggap bahwa semua materi tersusun atas tiga partikel, yaitu elektron, proton, dan neutron.

Pada awal Th 1940-an para fisikawan menemukan partikel-partikel baru (≥300) yang tidak stabil dan waktu paruhnya sangat pendek.

Th 1960-an para fisikawan bingung dengan banyaknya partikel yang ditemukan dan bertanya-tanya apakah ada hubungan sistematis di antara partikel-partikel tersebut sehingga dapat diperinci.

1. GAYA-GAYA FUNDAMENTAL DI ALAM

a. Gaya Nuklir : Gaya tarik-menarik antara nukleon-nukleon. Jarak sangat dekat, jarak lebih dari m dapat diabaikan

b. Gaya Elektromagnetik : Gaya jarak jauh yang besarnya akan menurun berbanding terbalik

secara kuadrat dengan jarak antara partikel-partikel yang berinteraksi. Kekuatan : x Gaya Nuklir

c. Gaya Lemah : Gaya jarak dekat yang cenderung menghasilkan ketidakstabilan pada

inti-inti tertentu. Kekuatan : x Gaya Nuklir

d. Gaya Gravitasi : Gaya jarak jauh yang memiliki kekuatan hanya x Gaya Nuklir

10−15

10−2

10−5

10−39

Penjelasan lebih lanjut mengenai interaksi melalui pertukaran entitas disebut partikel medan/ partikel pertukaran/ gauge boson.

Partikel yang berinteraksi terus-menerus akan memancarkan dan menyerap partikel-partikel medan oleh partikel lain yang disebut gaya interaksi.

Interaksi lemah dimediasi oleh boson dan boson Interaksi gravitasi dimediasi oleh gravitonInteraksi nuklir dimediasi oleh gluonInteraksi elektromagnetik dimediasi oleh partikel medan (foton)

𝑾± 𝒁𝟎

2. POSITRON DAN ANTIPARTIKEL LAIN

Th 1920 => Paul Diracberhasil menjelaskan asal spin elektron dan besar momenmagnetnya.

Masalah : persamaan gelombang relativistik butuh solusi padatingkat energi negatif.

Hipotesis : Jika tingkat energi negatif ada maka elektron pada suatu saat akan bertranmisi ke tingkat energi negatif dengan memancarkan foton.

Solusi : dalil “Lautan Dirac” (kelompok elektron-elektron yang berada pada tingkat energi negatif).

Elektron dalam lautan dirac tidak dapat diamati secara langsung karena elektron-elektron tidak mungkin bereaksi terhadap gaya-gaya eksternal (prinsip eksklusif Pauli)

+𝑚𝑒𝑐2

−𝑚𝑒𝑐2

0

𝑒−

𝑒+

Gambar 1. Model Dirac yang menunjukkan keberadaan positron.

Jumlah antipartikel = Jumlah partikel

Th 1905 => Carl AndersonMengamati positron menggunakan sinar kosmis dan menemukannya dalam kamar kabut saat mengamati jejak yang timbul dari partikel-partikel yang bermuatan positif yang mirip elektron.

Sumber positron adalah produksi pasangan.

Prinsip Kekekalan Momentum Sistem

Terpenuhi

3. MESON DAN AWAL PARTIKEL FISIKA

Th 1935 => Hideki YukawaMenemukan keberadaan partikel baru yang menyebabkan gaya nuklir saat terjadi pertukaranantara nukleon-nukeon dalam inti.Partikel ini disebut meson.

Kemudian percobaan-percobaan selanjutnyamenemukan interaksi partikel lainyaitu pi meson (pion), muon.

4. KLASIFIKASI PARTIKEL Hadron

partikel-partikel yang berinteraksi dengan sangat kuata. Meson

spin : 0 atau 1massa : antara massa elektron dan protonmeluruh menjadi elektron, positron, neutrino, dan foton- pion

b. Baryonspin : ½ atau 3/2 massa : lebh besar atau sama dengan masa protonmeluruh menjadi proton- protron dan neutron

Leptonpartikel-partikel yang berinteraksi dengan gaya yang lemah.spin : ½ dan tidak memiliki struktur ukuran.- elektron, muon (μ), tau (Ƭ), sebuah netrio yang bersesuaian dengan ketiganya

5. HUKUM-HUKUM KEKEKALAN

Bilangan Baryon

Hukum Kekekalan bilangan baryon“Saat terjadi peluruhan atau reaksi nuklir , jumlah bilangan baryon sebelum dan sesudah peluruhan adalah sama.”

Bilangan Lepton

Hukum Kekekalan Bilangan Lepton Elektron““Saat terjadi peluruhan atau reaksi nuklir , jumlah bilangan lepton elektron sebelum dan sesudah peluruhan adalah sama.”

B=+1 untuk semua baryon, B=-1 untuk semua anti baryon, B=0 untuk partikel bukan partikel baryon.

Le=+1 untuk semua lepton, Le=-1 untuk semua anti lepton, Le=0 untuk partikel bukan partikel lepton.

6. PARTIKEL ASING DAN KEASINGAN

Partikel asing : kaon (K), lambda (λ), dan sigma (Ʃ). Keanehan :

a. Mereka selalu terbentuk berpasangan.b. Partikel tersebut dihasilkan dalam reaksi yang melibatkan reaksi kuat

pada laju yang tinggi. c. Partikel meluruh dengan sangat lambat.

Hukum kekekalan keasingan “Dalam reaksi nuklir atau peluruhan yang terjadi melalui gaya kuat, keasingan bersifat kekal, jumlah bilangan keasingan sebelum proses harus sama dengan jumlah bilangan keasingan setelah proses. Dalam proses yang terjadi melalui interaksi lemah, keasingan mungkin tidak kekal.”

S=+1 untuk partikel pertama, S=-1 untuk partikel kedua, S=0 untuk partikel bukan partikel asing

Sebagian Besar Partikel Elementer tidak stabil dan hanya dihasilkan di alam melalui hujan sinar kosmis yang sangat jarang terjadi. Dalam laboratorium, partikel seperti ini dibuat dalam jumlah besar dengan menumbukkan partikel-partikel berenergi tinggi ke sasaran yang tepat.

Membuat partikel

Partikel yang digunakan harus berenergi tinggi dan dibutuhkan waktu yang sangat lama bagi medan elektromagnetik untuk mempercepat partikel-partikel tersebut agar berenergi tinggi. Oleh karena itu digunakan partikel bermuatan yang stabil, seperti elektron dan proton. Sasaran yang harus ditumbuk harus sederhana dan stabil. Contoh: Pion menumbuk proton hidrogen yang diam menghasilkan dua partikel asing

Hasil peluruhan kedua partikel asing berupa partkel bermuatan. Jejak masing-masing partikel mambentuk kurva. Dari Kurva, kita dapat menentukan muatan serta momentum linear dari partikelya. Jika massa dan momentum partikel diketahui, makak kita dapat menghitung massa, energi kinetik dan dan kecepatan partikel yang dihasilkan dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi. Selama kecepatan partikel diketahui, kita dapat menentukan waktu hidup partikel yang netral.

Salah satu contuh Penggunaan pola adalan pengembangan tabel periodik yang memberikan pemahaman mendasar mengenai perilaku kimiawi dari unsur-unsur. Sebagai contoh, sembilan meson dengan spin nol

Mencari Pola-Pola Partikel

Ini akan membentuk pola segienam. Dalam kasus ini, setiap partikel dari batas luar segienam leteknya berseberangan dengan letak anti partikelnya, sedangkan tiga partikel lainnya berada pada pusat segienam. Pola-pola ini beserta pola-pola simetris yang serupa dikembangkan oleh Murray Gell-Mann dan Yuval Ne’eman pada tahun 1961. Gell-Mann menyebut pola-pola ini sebagai jalan lipat delapan.

Model Quark mula-mula Pada tahun 1963, Gell-Mann dan George Zweig

mengemukakan model substruktur dari hadron. Menurut mereka, semua hadron terdiri atas dua atau tiga penyusun dasar yang disebut quark. Komposisi seluruh hadron yang terungkap saat Gell-Mann dan Zweig mengemukaan model mereka dapat sepenuhnya ditentukan melalui:

1. Sebuah meson terdiri atas satu quark dam satu antiquark sehingga memiliki bilangan baryon 0

2. Sebuah baryon terdiri atas tiga quark3. Sebuah antibaryon terdiri atas tiga antiquark.

Quark

Gaya lemah dianggap dimediasi boson , , dan . Setiap Partikel elementer dapat memiliki massa, muatan listrik, muatan warna dan muatan lemah.

Model Standar

Pada Tahun 1979, Sheldon Glashow, Abdus Salan, dan Steven Weinberg mengembangkan teori yang menggabungkan interaksi lemah dengan interaksi elektromagnetik. Teori listrik-lemah ini mengemukakan bahwa interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik memiliki kekuatan yang sama saat partikel-partikelnya memiliki energi yang dsangat tinggi. Sedangkan teori yang menganai bagaimana quark saling berinteraksi disebut quantum chromodynamics atau QCD. Gabungan antara teori listrik lemah dan QCD untuk interaksi kuat dijadikan sebagai Model Standar dalam ranah ilmu fisika.

THANK YOU

DAFTAR PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. AnisaBagaimana perkembangan ditemukannya partikel meson, pi meson (pion), dan muon?

2. MurtiApa yang dimaksud dengan jalan lipat delapan?

Jawaban:1. Para imuwan masih bingung dengan kejadian bahwa proton-

proton dalam inti yang harusnya tolak-menolak, namun kenyataanya tidak. Mereka beranggapan bahwa pasti ada gaya yang sangat kuat yang mengakibatkan hal tersebut terjadi. Gaya tersebut yaitu gaya nuklir.

Teori penjelasan sifat gaya nuklir pertama dilakukan oleh Yukawa. Beliau memprediksi bahwa ada partikel yang memediasi partikel-partikel tersebut namun partikel tersebut memiliki massa. Kemudian beliau menamainya meson.

Setelah ditemukannya meson, ilmuwan lain yang bernama Carl Anderson melakukan penelitian dengan mengamati sinar kosmis yang melewati atmosfer bumi. Beliau mendapati partikel yang awalnya dianggap meson, namun anggapan tersebut keliru.

Partikel tersebut memediasi interaksi partikel yang lemah, sehingga dinamakan pi meson atau pion. Penemuan selanjutnya menemukan partikel yang memediasi interaksi partikel elektromagnetik yang dinamakan muon.

2. Sebenarnya Jalan delapan lipat merupakan suatu klasifikasi sistem hadron yang diusulkan secara bebas dalam tahun 1961 oleh Murray Gell-Mann dan Yuval Ne’eman yang meliputi banyak partikel resonansi berumur pendek dan juga hadron yang relatif mentap. Jalan delapan lipat mengumpulkan multirangkap spin isotopik kedalam supermultirangkap yang anggotanya memiliki spin dan paritas yang sama tetapi berbeda dalam muatan dan hipermuatan.