Minggu, 08 Juli 2018

partikel elementer

MAKALAH
FISIKA MODERN
“ Partikel Elementer ”

undana.jpg

Disusun oleh :

elis kotte 
1501050043
Semester VI

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS NUSA CENDANA
KUPANG
NTT

2018

BAB I
PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Mungkin sulit untuk mempercayai bahwa segala sesuatu terkomposisi dari partikel yang berukuran sangat kecil, karena mereka tidak dapat dilihat secara langsung oleh mata. Namun kenyataanya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi. Seperti bayangan pada layar komputer atau TV yang terkomposisi dari titik-titik (dot-dot) kecil kemudian tampak sebagai bayangan kontinu, mereka adalah materi yang tersusun oleh atom yang berarti tersusun dari partikel-partikel elementer. Obyek-obyek fisis yang tampak disekitar kita adalah kontinu dan uniform, namun pada kenyataannya tidak demikian.
Sebelum para fisikawan dapat memahami apa yang ada di dalam materi dan mendeduksikan komposisinya, mereka membutuhkan sebuah teknologi maju berupa instrumen pengukuran dengan sensitivitas yang tinggi. Namun setiap mereka mengembangkan teknologi yang akurat, lebih banyak lagi ditemukan partikel-partikel penyusun materi, struktur materi. Ketika para fisikawan memiliki akses untuk menyelidiki ukuran yang lebih kecil lagi, mereka menemukan unsur yang lebih fundamental lagi, substruktur yang merupakan unsur pokok dari elemen-elemen struktural yang telah diketahui sebelumnya.
Pada awal penemuannya, proton dan neutron dikatakan sebagai partikel elementer. Namun pada perkembangannya, ditemukan partikel-partikel yang lebih kecil daripada itu. Oleh karena itu, dalam makalah ini akan dibahas mengenai partikel elementer.

B.     RUMUSAN MASALAH

Dari latar belakang yang telah diuraikan di atas maka penyusun dapat merumuskan suatu masalah yaitu : Apa itu partikel elementer ?

C.    TUJUAN
Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk memperkaya wawasan kita mengenai partikel elementer

BAB II
PEMBAHASAN

A.    Pengertian Partikel Elementer
Partikel elementer merupakan partikel yang strukturnya tidak diketahui, sehingga tidak diketahui apakah partikel itu tersusun dari partikel tunggal atau gabungan partikel lain (partikel komposit). Tetapi pada kenyataanya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi.
Gambar 1. Struktur Materi
Apakah materi penyusun alam semesta ini? Pastilah tersusun dari objek-objek yang fundamental. Yang dimaksud dengan objek fundamental adalah objek sederhana yang ukurannya sangat kecil , tidak mempunyai struktur dan tidak tersusun dari sesuatu yang lebih kecil lagi atau biasa disebut dengan partikel elementer.

B.     Klasifikasi Partikel Elementer

Partikel elementer dapat klasifikasikan berdasarkan nilai spinnya atau berdasarkan interaksi yang mempengaruhi. Berdasarkan perbedaan nilai spinnya partikel elementer dapat dibedakan menjadi partikel fermion (spin pecahan) dan partikel boson (spin bulat). Pada umumnya materi tersusun atas fermion dan boson. Lepton dan quark termasuk dalam keluarga fermion sedangkan pada keluarga boson terdapat partikel gauge bosons serta higgs bosons. Sedangkan berdasarkan interaksi yang mempengaruhi, partikel elementer dapat dibedakan menjadi partikel hadron, yang dipengaruhi interaksi kuat, interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik, sedangkan partikel lepton dipengaruhi oleh interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik.
1.      Partikel Fundamental Fermions (Materi- Antimateri)
Suatu partikel dikatakan sebagai fermion identitas jika memiliki spin setengah bilangan bulat dan fungsi-fungsi gelombang dari kedua gelombang berubah ketika saling bertukaran. Yang termasuk ke dalam keluarga fermion yaitu quark, lepton, dan baryon.
a)      Lepton
Lepton merupakan partikel elementer yang paling sederhana yang tidak terdapat petunjuk adanya struktur internal, bahkan tidak ditemukannya ukuran dalam ruang. Partikel ini hampir mendekati partikel-titik. Yang termasuk ke dalam keluarga lepton yaitu elektron dan neutrino.
Elektron adalah partikel elementer yang pertama, yang teorinya diusulkan oleh Dirac. Teori tersebut menyebutkan bahwa didapatkannya persamaan gelombang untuk partikel bermuatan dalam medan elektromagnetik dengan memasukkan efek relativitas khusus. Ketika massa dan muatan elektron hasil pengamatan dimasukkan dalam solusi yang sesuri dengan persamaan tersebut, momentum sudut elektron didapatkan 1/2h spinnya 1/2 dan momen magnetiknya didapatkan eh/2m, atau magneton Bohr. Namun, ramalan Dirac tidak sesuai dengan eksperimen. Dalam eksperimennya, Dirac menemukan elektron positif yang biasanya disebut dengan positron. Positron tersebut sering disebut dengan anti-partikel dari elektron, karena positron dapat bergabung dan musnah bersama elektron. Anti-partikel dari suatu partikel mempunyai massa, spin dan umur yang sama, tetapi muatannya (jika ada) berlawanan dan penjajaran atai anti-penjajaran antara spinnya dan momen magnetiknya selalu berlawanan dengan partikelnya.
Begitu juga neutrino, neutrino memiliki anti-neutrino. Keduanya memiliki perbedaan khusus, yaitu terletak pada arah geraknya. Neutrino memiliki arah gerak yang berlawanan dengan arah gerak jarum jam, sedangkan antineutrino memiliki arah gerak yang searah dengan arag gerak jarum jam. Dua anggota lain dari keluarga lepton adalah muon. Muon merupakan hasil peluruhan pion. Selain meluruh menjadi mion, pion juga meluruh menjadi neutrino. Namun, neutrino ini berasal dari peluruhan beta.

Tabel 1. Data Partikel Keluarga Lepton
Tabel data partikel keluarga lepton.

 
 



b)     Quark
Quark merupakan bagian terkecil dari hadron yang mempunyai pecahan muatan dan  sifat yang disebut dengan warna yang menyebabkan interaksi kuat. Hadron sendiri merupakan partikel berinteraksi kuat. Quark pada hakikatnya merupakan partikel-titik yang tidak memiliki struktur internal, tetapi berlainan dengan lepton dan bahkan berlainan dengan partikel lain dalam alam diduga memiliki muatan listrik pecahan.
Terdapat beberapa jenis quark, dan dipercaya terdapat paling sedikit enam flavor, yang disebut up, down, stange, charmed, bottom, dan top. Setiap flavor terdiri dari tiga warna, yakni merah, hijau dan biru. Perlu ditekankan bahwa istilah-istilah seperti flavor dan khususnya warna hanya merupakan label atau pengenal saja. Quark jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak sehingga tidak akan memiliki warna dalam keadaan yang sebenarnya. Proton dan netron terdiri dari tiga quark dengan warna yang berbeda. Proton tersusun atas dua quark up dan satu quark down, sedangkan netron tersusun dari dua quark down dan satu quark up. Tiga quark semula diberi label u untuk “up, d untuk “down”, dan s untuk “strange”. Partikel dan antipartikelnya diberi muatan sebagai berikut:

Muatan partikel           Muatan anti partikel
u : +2/3 e               u : - 2/3 e
d : - 1/3 e               d : +1/3 e
s : - 1/3 e                s : +1/3 e

Tabel 2. Data Partikel Keluarga Quark
Tabel data partikel keluarga quark.


 
 


Sifat Tiga Generasi Quark dan Lepton
Masing-masing quark memiliki bilangan barion B 1/3 dan masing-masing antiquark memiliki bilangan barion B= -1/3. Sebuah barion terdiri dari 3 Quark, sehingga memiliki B= +1, dan antibarion terdiri dari 3 antiquark, sehingga B= -1; meson terdiri dari satu quark dan satu anti-quark, sehingga B= 0. Quark semuanya memiliki paritas genap dan spin 1/2.
Generasi
Quark
Simbol
Muatan, e
Keanehan
Pesona
1
Ke atas
u
(+ ⅔)
0
0
Ke bawah
d
(- ⅓)
0
0
2
Pesona
c
(+ ⅔)
0
1
Keanehan
s
(- ⅓)
-1
0
3
Puncak
t
(+ ⅔)
0
0
dasar
b
(- ⅓)
0
0
Generasi
Lepton
Simbol
Muatan, e
1
Elektron
e-
-1
e-Neutrino
ve
0
2
Muon
µ-
-1
µ-Neutrino
v µ
0
3
Tau
ז -
-1
ז-Neutrino
Vז
0




c)      Baryon
Baryon adalah fermion hadron, yaitu fermion yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat, dan luruh menjadi nukleon dengan radiasi emisi meson. Sehingga semua baryon harus memiliki masa lebih besar daripada atau samadengan masa proton. Mencakup hyperon dan nukleon. Hyperon mencakup omegon, xion, sigmon, dan lamdon. Sedangkan nukleon mencakup neutron dan proton. Masing-masng dengan anti-partikel. Baryon memiliki idetitas, nomor baryon [B], satu untuk baryon [B = 1] dan minus atau untuk anti-baryon [B = –1]. Sehingga untuk semua partikel non-baryon adalah nol [B = 0]. Total nomor baryon memenuhi konservasi dalam interaksi nuklir kuat. Baryon terdiri dari 3 kuark, masing-maisng dengan nomor bariyon 1/3 [B = 1/3], dan anti-baryon terdiri dari 3 anti-kuark, masing-masing dengan nomor bariyon 1/3 [B = –1/3].

Tabel 3. Data beberapa partikel komposit
Tabel data partikel komposit.

 

2.      Partikel Fundamental Boson
Suatu partikel dikatakan boson jika memiliki spin bilangan bulat dan fungsi-fungsi gelombang dari kedua partikel tidak berubah ketika saling bertukaran. Meson dan Gauge boson adalah termasuk keluarga boson.
a)      Meson
Meson didefinisikan sebagai partikel yang dipengaruhi interaksi kuat dan mempunyai nilai bilangan barion 0, meson termasuk keluarga boson yang mempunyai spin bulat. Meson merupakan boson hadron, yaitu boson yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat. Mencakup meson H dan meson L. Meson H mencakup eton, chion, dan kaon. Meson L mencakup pion. Meson terdiri dari pasangan kuark dan anti-kuark. Karena meson terdiri dari kuark sebagai subpartikel, mereka juga dapat mengambil peran dan interaksi nuklir lemah. Sedangkan meson bermuatan dengan sendirinya terlibat dalam interaksi elektromagnetik. Meson disubklasifikasikan berdasarkan pada kuark penyusunya, momentum angular total, paritas, paritas C, dan paritas G. Meson tak dihasilkan dalam keluruhan radioativitas, tapi secara alami dalam interaksi energi tinggi antar partikel berkomposisi kuark di radiasi kosmik.

b)     Gauge Boson
Teori fisika partikel dari elektromagnetik meliputi prediksi-prediksi persamaan Maxwell serta efek kuantumnya (teori elektromagnetik kuantum). Yang termasuk ke dalam gauge boson misalnya foton, gluon, dan graviton.
Foton adalah sebuah kuantum dari gaya elektromagnetik dan sebagai mediator/perantara pertukaran partikel. Sebuah elektron masuk daerah interaksi mengemisikan sebuah foton dan foton kemudian merambat ke elektron yang lain, mengkomunikasikan gaya elektromagnetik, kemudian lenyap. Melalui pertukaran ini (foton bertransmisi), foton memediasi sebuah gaya dan menyampaikan informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Keberadan foton sebagai boson gauge mendorong P. Dirac, R. Feynman dan J. Schwinger serta S.I. Tomonaga untuk mengembangkan teori mekanika quantum dari foton dan melahirkan sebuah teori elektrodinamika kuantum (QED = Qantum Electrodynamics).
Teori elektrodinamika kuantum (QED = Qantum Electrodynamics) meliputi semua prediksi dari teori elektromagnetik klasik serta kontribusi partikel (kuantum) terhadap proses fisika, yakni interaksi yang dihasilkan oleh pertukaran partikel-partikel kuantum. QED menjelaskan bagaimana pertukaran foton menghasilkan gaya elektromagnetik, dua elektron masuk daerah interaksi yang kemudian terjadi pertukaran sebuah foton. Kemudian dua elektron muncul dengan lintasan resultannya (sebagai contoh, kecepatan dan arah gerak) dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik yang dikomunikasikan.
Tidak semua proses QED meliputi foton yang kemudian lenyap (sebagai partikel internal) ada juga sebuah proses riil yaitu melibatkan foton eksternal, partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi. Partikel-partikel seperti ini seringkali dibelokkan dan dapat pula  berubah menjadi partikel lain. Partikel-partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi merupakan partikel-partikel fisis riil yang diketahui sebagai boson gauge, yang akan merespon untuk mengkomunikasikan gaya tertentu. Karena tidak bermassa, jangkauan potensial elektromagnetiknya tidak berhingga, atau dapat dikatakan besar energi potensial berbanding terbalik dengan jarak. Contoh lain boson gauge adalah boson lemah (weak boson) dan gluon, masing-masing mengkomunikasikan gaya lemah dan gaya kuat.
Gluon merupakan energi interaksi kuat yang menyatukan materi dengan gaya-gaya fisika. Misalnya ketika pembentukan meson, quark terikat bersama dengan adanya gaya nuklir kuat yang berasal dari gluon. Gluon ini juga membawa muatan warna ketika berinteaksi dengan materi.
W+, W, and Z0 boson merupakan energi yang menyebabkan interaksi lemah. W dikenal dalam peluruhan nuklir, W mengubah neutron menjadi proton kemudian meluruh menjadi sebuah elektron dan elektron pasangan antiineutrino, dan Z0 tidak mengubah muatan melainkan mengubah momentum dan mekanisme elatis hamburan neutrino. Foton yang tak bermassa menengahi interaksi elektromagnetik.
Graviton adalah partikel boson non-hadron hipotetik yang dianggap bertanggungjawab atas efek gravitasi. Dalam kuantum gravitasi, graviton adalah kuantum radiasi gravitasional, dengan masa-diam nol, muatan netral, dengan anti-partikel adalah dirinya sendiri, karena gravitasi adalah monopol atau kutub tunggal, dan dengan spin 2. Penetapan spin graviton adalah berdasarkan pada energi stress-tensor, tensor peringkat dua, dibandingkan dengan tensor peringkat 1 pada energi elektromagnetik foton sebagai boson dengan spin 1.

C.    Gaya atau Interaksi Alamiah Alam Semesta
Partikel pembawa gaya dapat dikelompokkan empat kategori menurut kekuatan gaya yang dibawanya dan interaksinya dengan partikel jenis tertentu. Empat interaksi tersebut adalah interaksi/gaya gravitasi (gravitational interaction), interaksi elektromagnetik (electromagnetic interaction), interaksi lemah (weak interaction), dan interaksi kuat (strong interaction). Setiap interaksi memiliki paertilkel pembawa interaksi khusus, yang hanya bisa bekerja spesifik pada interaksi tertentu.
Yang pertama adalah interaksi gravitasi. Interaksi ini bersifat universal artinya bahwa setiap partikel merasakan gaya gravitasi yang besarnya bergantung pada massa atau energinya. Gravitasi merupakan yang terlemag dari keempat interaksi tersebut. Gravitasi dapat menjangkau jarak yang jauh dan selalu bersifat menarik. Interaksi gravitasi membuat benda jatuh ke tanah dan juga pergerakan planet dan galaksi. Semakin masif benda maka semakin besar merasakan interaksi gravitasi. Sebaliknya bertambah jauh jarak dua benda makin semakin berkurang interksi gravitasi yang bekerja. Oleh karenanya pada skala mikroskopis interaksi ini diabaikan. Interaksi ini dijelaskan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Partikel pembawa interaksi gravitasi adalah graviton.
Kedua, disebut interaksi elektromagnetic yang berinteraksi dengan partikel-partikel bermuatan listrik seperti elektron, proton, quark, namun tidak berinteraksi dengan partikel-partikel tak bermuatan listrik seperti graviton dan netron. Interaksi ini jauh lebih kuat dari gaya gravitasi. Interaksi elektromagnetik menyebabkan semua fenomena menyangkut listrik dan magnetik. Interaksi elektromagnetik dijelaskan oleh quantum electrodynamics dimana Feynman, Schwinger dan Tomonaga mendapat hadiah nobel tahun 1965. Partikel pembawa interaksi elektromagnetik adalah foton.
Ketiga, adalah Interaksi nuklir lemah yang dibutuhkan oleh radioaktivitas. Pada tahun 1967 Abdus Salam dan Steven Weinberg mengemukaan teori yang memadukan interaksi nuklir lemah dan elektromagnetik memadukan kelistrikan dan kemagnetan . Beliau berpendapat bahwa selain foton, terdapat tiga partikel yang secara bersama-sama membawa gaya lemah (W+, W-, Z).
Terakhir adalah Interaksi kuat, yang juga terjadi pada subatomik dan hanya dirasakan oleh Quark. Nobel Fisika 2004 adalah tema tersebut. Dimana terdapat temuan tentang gluon sebagai exchange particle dalam interaksi kuat. Temuan ini memulai sebuah teori baru dalam teori medan kuantum (Quantum Chromodynamic), teori khusus untuk mempelajari fenomena dalam interaksi kuat. 

Tabel 4. Data Partikel Pembawa Gaya
Tabel data partikel pembawa gaya.

 
 


D.    Grand Unified Theory

Keberhasilan penggabungan interaksi/gaya nuklir lemah dan gaya elektromagnetik membangkitkan adanya usaha untuk menggabungkan kedua gaya tersebut dengan gaya nuklir kuat menjadi teori paduan agung (Grand Unified Theory/GUT). Ide dasar teori paduan agung adalah bahwa gaya nuklir kuat menjadi lebih lemah pada energi tinggi. Sebaliknya gaya nuklir lemah dan gaya lektromagnetik menjadi semakin kuat pada energi yang tinggi. Pada suatu energi sangat tinggi yang disebut energi paduan agung, ketiga gaya tersebut akan memiliki kekuatan yang sama dan karena itu dapat dipandang sebagai aspek yang berbeda dari sebuah gaya tunggal. Banyak versi tentang Grand Inified Theory, tetapi belum ada verifikasi final. Pembuktian kesahihan GUT antara lain berasal dari peluruhan proton yang meluruh dengan sendirinya atau secara spontan.
GUT dianggap belum lengkap, karena hanya menggabungkan tiga interaksi dari empat interaksi yang ada di alam semesta. Oleh karenanya muncul kemudian ide untuk menggabungkan keempat interaksi alamiah tersebut yang kemudian disebut dengan Theory of Everything (TOE).
Theory of everything ditafsirkan dalam banyak versi diantaranya adalah supersimetri dan superstring/supertali. TOE mempunyai makna sebuah teori kemanunggalan agung yang menggabungkan semua teori yang ada menjadi hanya sebuah teori terpadu yang kemudian diekspresikan dalam bentuk persamaan.
Ide superstring dicetuskan antara lain oleh John Schwarz dari Institut Teknologi Kalifornia dan Michael Green. Superstring adalah teori tentang semesta berdimensi sepuluh dimana penyusunan dasar materi dan energi bukanlah berupa titik melainkan tali-tali superkecil (string). Tali-tali tersebut apabila 1033 tali dijajarkan panjangnya kira-kira hanya satu meter. Untuk menguji prakiraan eksperimental teori superstring, seseorang harus mampu melakukan proses matematika  yang disebut dengan kompaktifikasi, yaitu proses mereduksi teori sepuluh dimensi menjadi dunia nyata empat dimensi (tiga dimensi ruang satu dimensi waktu).
Untuk memastikan apakah teori superstring akan menjadi Theory of everything masih dibutuhkan waktu yang lama. Penelitian-penelitian terus dilakukan untuk kemudian menemukan Theory of everything. 


BAB III
PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Neutrino adalah partikel yang paling melimpah di alam semesta dan memiliki dampak pada berbagai aspek kosmologi, dari leptogenesis pada awal alam semesta, dan  nukleosintesis big bang, untuk  pembentukan struktur ruang- waktu. Pada penelitian ini akan di telaah beberapa aspek umum neutrino kosmologi dengan penekanan khusus pada masalah yang relevan dengan batas kosmologis pada neutrino bermassa. Model standar pembentukan alam semesta memprediksi keberadaan dari neutrino. Pengukuran kosmologi standar memberikan hasil yang baik dalam fisika neutrino, dalam beberapa tahun terakhir perhatian besar dikhususkan pada fenomena neutrino secara  teoritis. Penelitian ini dimulai dengan telah interaksi Hamiltonian leptonik dan medan operator melalui matriks Dirac dan teori medan kuantum pada dark energy . Tujuan  penelitian ini adalah mencari  formulasi eksak  dari neutrino mixing  dan Flavor Operator dengan pendekatan Pontokervo dan osilasi neutrino dalam mekanika kuantum. Dalam penelitian ini akan di telaah khusus pada Majorana Neutrino, Dirac Neutrino, dan  Osilasi Neutrino dalam Mekanika Kuantum. Saat pakar fisika mempelajari dunia yang sangat kecil, para pakar kosmologi mempelajari sejarah kosmos dan kembali kemikrodetik pertama setelah terjadinya big bang. Pengamatan atas kejadian tumbukan dua partikel di dalam akselator  sangat penting dalam melakukan rekonstruksi saat-saat awal dari sejarah kosmik. Oleh karena alasan inilah maka kunci untuk memahami awal alam semesta terletak pada pemahaman neutrino dan partikel elementer. Para pakar kosmologi dan Fisikawan sekarang menyadari bahwa mereka memiliki banyak sasaran yang sama dan bersama-sama berusaha memahami dunia fisis hingga ketingkat yang paling fundamental. Pemahaman kita mengenai fisika pada jarak dekat masih sangat rendah. Fisika partikel masih memiliki  segudang pertanyaan yang belum terjawab dan untuk dikerjakan dalam penelitian ini mengapa di alam semesta ini hanya terdapat sedikit anti materi, apakah mungkin bagi kita mengabungkan teori  gaya kuat dan gaya listik-lemah dengan cara yang konsisten dan logis dalam neutrino dan partikel elementer, mengapa lepton dan quark sama-sama membentuk tiga keluarga yang serupa tapi memiliki keunikan masing-masing, apakah selain perbedaan massanya, moun dan elektron sama, apakah moun dan elektron memiliki perbedaan- perbedaan lain yang belum diketahui, mengapa sebagian partikel bermuatan dan sebagian netral, mengapa quark membawa muatan kecil, apa yang menentukan massa dari penyusun-penyusun materi, adakah quark yang terisolasi. Pertanyaan penting yang masih belum terjawab adalah apakah lepton dan quark memiliki struktur yang lebih kecil lagi. Jika ya, mungkin masih ada tingkatan-tingkatan struktur lebih dalam dengan jumlah yang tak terhingga didalam lepton dan quark.






















DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Partikel Elementer. (Online) http://repository.usu.ac.id/ bitstream/123456789/29496/4/Chapter%20II.pdf. Diakses pada 9 Januari 2018  pukul 19.30 WITA.
Anonim. 2012. Partikel Elementer. (online) http://ilmunuklir.wordpress. com/tag/partikel-elementer/. Diakses pada 9 Januari 2018 pukul 20.00 WITA
Mulyono, Agus. 2011. Partikel Elementer dan Interaksi Alamiah. (Online) http://saintek.uin-malang.ac.id/wp-content/uploads/2013/09/Partikel-Elementer-dan-Interaksi-Alamiah.pdf. Diakses pada 9 Januari 2018 pukul 20.00 WITA.





Tidak ada komentar:

Posting Komentar