Header Ads

Memahami Konsep Teori Unifikasi Agung

Teori Unifikasi Agung (Grand Unified Theory) adalah teori untuk menyatukan aneka interaksi yang sudah dikenal di alam semesta ini dalam sebuah teori. Ada banyak jenis dan tingkatan teori unifikasi. Interaksi dari gaya yang sudah dikenal di alam semesta meliputi : gaya elektromagnetik, gaya lemah, gaya kuat dan gaya gravitasi.


Persoalan fundamental dalam sains fisika adalah memperoleh gambaran teoritik tunggal yang memadukan semua interaksi alam semesta. Einstein pernah mencoba memadukan interaksi elektromagnetik dan interaksi gravitasi (pada masa itu interaksi nuklir lemah dan kuat belumlah dikenal), namun sayang belum berhasil diselesaikan hingga akhir hayatnya.

Rintisan ini tidaklah pupus begitu saja. Upaya memadukan interaksi alam semesta terus berlanjut. Sejak puluhan tahun lalu, fisikawan telah mengenal adanya empat jenis interaksi fundamental yang jarak kerja (range) serta kuat interaksinya berbeda satu sama lainnya.

Pertama, interaksi gravitasi (interaksi ini yang mula-mula dikenal) merupakan interaksi terlemah yang jarak kerjanya amat jauh hingga menjangkau seluruh materi alam semesta. Gaya ini yang mengatur keharmonisan gerak sistem tata surya, bintang-bintang, galaksi dan kosmos. Kedua, gaya elektromagnetik yang jauh lebih kuat dibanding gaya gravitasi, dengan jarak kerja yang cukup pendek. Gaya ini, misalnya, mengatur keharmonisan gerak yang terjadi dalam gugusan molekul-molekul dan atom-atom penyusun molekul. Ketiga, gaya nuklir kuat yang mengikat proton dan neutron dalam inti atom. Keempat, gaya nuklir lemah yang bekerja, misal dalam peluruhan radioaktif dengan meradiasikan partikel beta. Ini terjadi sebagai upaya inti untuk memperoleh komposisi seimbang antara jumlah proton dan neutron, sehingga inti bersifat stabil.

Pada waktu yang lalu interaksi nuklir kuat dan lemah belumlah diketahui dan tidaklah jelas apakah gravitasi yang menarik benda ke arah bumi, katakanlah sebagai gravitasi bumi sama dengan gravitasi yang mempertahankan planet untuk beredar mengelilingi matahari, katakanlah gravitasi astronomis. Salah satu hasil besar yang dicapai Newton adalah pembuktian bahwa gravitasi bumi dan gravitasi astronomis adalah sama.

Keterpaduan lain ditunjukkan oleh fisikawan Inggris, James Clerk Maxwell saat ia mengemukakan bahwa gaya listrik dan gaya magnetik keduanya sama, yakni dapat ditelusuri dari interaksi partikel bermuatan.

Walaupun kuat interaksi relatif dari berbagai gaya fundamental berkisar hingga sepuluh pangkat empat puluh, jarak kerjanya sangat berbeda. Gaya nuklir kuat antara nukleon berdekatan mengungguli sepenuhnya gaya gravitasi antara nukleon tersebut, tetapi jika keduanya berjarak satu milimeter, kebalikannya berlaku. Struktur nuklir ditentukan oleh sifat interaksi kuat. Bongkahan materi biasanya netral secara listrik dan jarak kerja interaksi nuklir kuat dan lemah sangat terbatas. Sehingga, interaksi gravitasi yang tak berperan besar dalam jarak kerja pendek menjadi berperan besar dalam jarak kerja besar.

Gaya fundamental alam semesta dipahami sebagai pertukaran partikel interaktif. Yaitu graviton sebagai partikel intaraktif gravitasi, boson vektor madya (W+, W-, Z) sebagai partikel interaktif nuklir lemah, foton sebagai partikel interaktif elektromagnetik dan gluon sebagai partikel interaktif nuklir kuat.

Graviton harus tak bermassa, spin 2 dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Interaksi graviton dengan materi sangat lemah, sehingga sulit terdeteksi. Belum ada bukti eksperimental yang mendukung atau pun menolak keberadaan graviton. Mengenai boson vektor madya, dapat dibilang sebagai sebagai pembawa interaksi lemah. Boson vektor madya W memiliki spin satu dan muatan +e dan e berperan atas terjadinya peluruhan beta sedangkan Z berspin 1, tak bermuatan serta bermassa lebih besar dibanding W; efeknya sebegitu jauh hanya terdeteksi pada eksperimen hamburan energi tertentu.

Pada interaksi elektrolemah, persoalan dasar untuk menyelesaikan konstruksi teori ini adalah pembawa gaya lemah bermassa sedangkan foton sebagai pembawa gaya elektromagnetik tak bermassa. Apa yang dilakukan Glashow, Salam dan Weinberg adalah menunjukkan bahwa pada tingkat primitif kedua gaya itu merupakan perwujudan dari interaksi tunggal yang perantaranya adalah empat boson tak bermassa. Melalui proses yang disebut perusakan simetri spontan, ketiga boson itu menjadi bermassa sebagai partikel W+, W- dan Z. Massa boson W+, W- dan Z sebagai sifat dari keadaan yang ditempatinya alih-alih sifat intrinsik.

Kebenaran teori ini, yang dikenal sebagai Teori Unifikasi Agung (Grand Unified Theory) kemudian didukung bukti eksperimental yang ditemukan di Laboratorium Riset Nuklir Eropa (CERN), Swiss pada tahun 1973.

Teori Unifikasi Agung sebenarnya sudah hadir sejak akhir tahun 1960-an yang pada waktu itu berhasil menyelesaikan persoalan massa partikel W+, W- dan Z yang tak dijumpai pada interaksi elektromagnetik, karena foton tak bermassa.

Referensi :
1. Paradigma, FMIPA Univ. Brawijaya, No.6 Th V 1994/1414 Oleh Miftcahul Hadi
2. fisika.net
3. id.wikipedia.org


Tidak ada komentar

Diberdayakan oleh Blogger.