Peneliti Swiss Uji Teori Gravitasi Einstein Menggunakan Berkas Atom Dingin

Peneliti dari ETH Zurich dan Institut Paul Scherrer (PSI) di Villigen berhasil menghasilkan berkas atom dingin yang kuat, yang rencananya akan digunakan untuk menguji teori gravitasi Einstein. Berkas atom dingin ini terdiri atas muonium, yaitu atom yang terdiri dari antipartikel generasi kedua. Peneliti berharap dapat menguji interaksinya dengan gravitasi guna mengetahui是否存在 gaya alam lain yang belum ditemukan. Materi yang kita lihat di sekitar kita tersusun atas proton, neutron, dan elektron, yang oleh para ilmuwan disebut partikel generasi pertama.

Karakteristik Muonium dan Tantangan Eksperimen

Dua generasi partikel lainnya lebih berat, tetapi juga tidak stabil dan dengan cepat meluruh menjadi partikel generasi pertama. Muonium adalah kerabat berat dari elektron dalam generasi partikel kedua. peneliti di PSI berhasil menghasilkan muon dan antipartikelnya menggunakan akselerator partikel. Ketika antimuon ini berikatan dengan elektron, terbentuklah atom muonium yang netral. Peneliti希望能 mengukur perilaku jatuh atom muonium di bawah pengaruh gravitasi.

Mulai dari era Galileo hingga Newton, dan kemudian Einstein, para fisikawan telah mengonfirmasi universalitas jatuh bebas. Prinsip ekuivalensi ini menyatakan bahwa semua benda dalam medan gravitasi jatuh dengan percepatan yang sama, terlepas dari massanya maupun struktur internalnya. Einstein menganggap prinsip ini sebagai pilar fundamental dari teori relativitasnya yang terkenal, namun hingga kini pengujian hanya dilakukan pada partikel materi dan antimateri generasi pertama. Pengukuran pada atom muonium akan menjadi pengujian pertama pada partikel generasi kedua. Muonium sangat cocok untuk eksperimen ini karena bersifat elektris netral. Sebaliknya, partikel bermuatan dapat terpengaruh oleh medan magnet liar, yang akan menutupi efek gravitasi yang sangat lemah.

Rencana Eksperimen ke Depan

Salah satu hambatan utama dalam melakukan eksperimen semacam ini adalah peluruhan cepat muonium. Karena meluruh dengan cepat dalam 2,2 mikrodetik, muon yang sebelumnya berhasil dihasilkan juga bergerak dengan kecepatan yang bervariasi, sehingga menyulitkan eksperimen. Peneliti di PSI memanfaatkan fluida kuantum untuk menghasilkan aliran atom muonium yang stabil. Peneliti di PSI, Jesse Zhang, menjelaskan dalam rilis pers: "Kami menggunakan helium superfluida yang mendekati nol absolut (−273 derajat Celsius)." Helium superfluida adalah semacam cairan kuantum, di mana atom-atom helium individual kehilangan identitasnya dan tidak menyukai keberadaan pengotor di dalamnya." Antimuon yang dihasilkan di akselerator partikel PSI ditembakkan ke dalam cairan kuantum tersebut, tempat mereka bertemu elektron bebas dan membentuk atom muonium.

Potensial kimia positif yang dihasilkan dari reaksi ini mendorong atom muonium menuju permukaan, di mana potensial kimia tersebut diubah menjadi energi kinetik yang membuatnya terpancar secara vertikal keluar dari cairan.

Para peneliti kini berencana membangun sebuah interferometer yang memanfaatkan sifat gelombang atom muonium untuk menciptakan pola interferensi guna mendeteksi pengaruh gravitasi terhadap muonium. Perangkat ini kemungkinan akan memakan waktu dua hingga tiga tahun untuk dibangun, namun setelah siap, perangkat ini akan menjawab pertanyaan penting yang telah lama belum terpecahkan: apakah gravitasi bekerja secara berbeda pada materi eksotik? Jika memang terdapat perbedaan, hal itu akan mengindikasikan kemungkinan существования gaya alam kelima. Untuk saat ini, tim berfokus pada penentuan apakah prinsip ekuivalensi berlaku untuk partikel generasi kedua. Hasil penelitian telah dipublikasikan di jurnal Nature Physics.

Prospek dan Tantangan dalam Menguji Teori Gravitasi

Penelitian mengenai berkas atom dingin bukan hanya merupakan ujian terhadap teori gravitasi Einstein, tetapi juga langkah penting dalam mengeksplorasi misteri yang belum terpecahkan dalam fisika. Muonium, sebagai partikel generasi kedua, memiliki karakteristik yang menjadikannya objek eksperimen yang ideal dan mampu memberikan wawasan baru. Tantangan yang dihadapi peneliti terletak pada peluruhan cepat muonium, sehingga diperlukan teknik inovatif untuk mengatasinya. Interferometer di masa depan akan membantu mengungkap pengaruh gravitasi terhadap partikel-partikel yang berbeda, dan jika hasilnya menunjukkan anomali, hal itu berpotensi mengubah pemahaman kita tentang gaya-gaya alam, bahkan memperkenalkan konsep gaya alam kelima.