Berburu Partikel Subatomik

Berburu Partikel Subatomik UU No 28 tahun 2014 tentang Hak Cipta Fungsi dan sifat hak cipta Pasal 4 Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 3 huruf a merupakan hak eksklusif yang terdiri atas hak moral dan hak ekonomi. Pembatasan Pelindungan Pasal 26 Ketentuan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 23, Pasal 24, dan Pasal 25 tidak berlaku terhadap: i. Penggunaan kutipan singkat Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait untuk pelaporan peristiwa aktual yang ditujukan hanya untuk keperluan penyediaan informasi aktual; ii. Penggandaan Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait hanya untuk kepentingan penelitian ilmu pengetahuan; iii. Penggandaan Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait hanya untuk keperluan pengajaran, kecuali pertunjukan dan Fonogram yang telah dilakukan Pengumuman sebagai bahan ajar; dan iv. Penggunaan untuk kepentingan pendidikan dan pengembangan ilmu pengetahuan yang memungkinkan suatu Ciptaan dan/atau produk Hak Terkait dapat digunakan tanpa izin Pelaku Pertunjukan, Produser Fonogram, atau Lembaga Penyiaran. Sanksi Pelanggaran Pasal 113 1. Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah). 2. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah). Berburu Partikel Subatomik Mukhlis Akhadi BERBURU PARTIKEL SUBATOMIK Mukhlis Akhadi Desain Cover : Rulie Gunadi Sumber : www.shutterstock.com (Marko Aliaksandr) Tata Letak : Ajuk Proofreader : Tiara Nabilah Azalia Ukuran : xii, 194 hlm, Uk: 15.5x23 cm ISBN Elketronis: 978-623-124-154-2 (PDF) Tahun Terbit Digital : 2023 Hak Cipta 2023, Pada Penulis Isi diluar tanggung jawab percetakan Copyright © 2023 by Deepublish Digital All Right Reserved Hak cipta dilindungi undang-undang Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari Penerbit. PENERBIT DEEPUBLISH DIGITAL (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA) Anggota IKAPI (076/DIY/2012) Jl.Rajawali, G. Elang 6, No 3, Drono, Sardonoharjo, Ngaglik, Sleman Jl.Kaliurang Km.9,3 – Yogyakarta 55581 Telp/Faks: (0274) 4533427 Website: www.deepublish.co.id www.penerbitdeepublish.com E-mail: [email protected] PRAKATA Ilmu pengetahuan lahir karena hasrat ingin tahu dalam diri manusia untuk memahami realitas kehidupan, fenomena alam semesta, menyelesaikan permasalahan hidup, serta mengembangkan dan melestarikan hasil yang sudah dicapai oleh manusia sebelumnya. Hasrat ingin tahu ini timbul oleh karena tuntutan dan kebutuhan dalam kehidupan yang terus berkembang. Manusia dituntut untuk mengembangkan pengetahuan tentang alam sekitar agar dapat mempertahankan kehidupannya. Manusia purba telah menemukan beberapa pengetahuan empiris yang memungkinkan mereka memahami keadaan dan hidup berdampingan dengan alam sekitar. Karena itu, perkembangan ilmu pengetahuan sejatinya sudah berlangsung sejak pertama kali manusia hadir di muka Bumi. Struktur bangunan ilmu pengetahuan bukanlah merupakan barang jadi yang sifatnya permanen, karena struktur tersebut selalu berubah seiring dengan perubahan pola pikir manusia, baik dalam memahami alam semesta, maupun dalam cara mereka berpikir. Selain itu, Ilmu pengetahuan juga bukan merupakan suatu bangunan abadi, karena dinamika keilmuan itu merupakan sesuatu yang tidak pernah selesai. Kendati ilmu pengetahuan itu didasarkan pada kerangka pemikiran yang objektif, rasional, sistematis, logis, dan empiris, namun dalam perkembangannya, ilmu pengetahuan tidak mungkin lepas dari mekanisme keterbukaan terhadap koreksi. Dengan kata lain, kebenaran ilmu pengetahuan bersifat relatif, bukan kebenaran yang sifatnya mutlak. Ilmu pengetahuan dengan kondisi seperti yang kita saksikan saat ini bukanlah bangunan yang hadir secara mendadak. Ilmu pengetahuan tumbuh dan berkembang dari waktu ke waktu secara bertahap dan evolutif mengikuti perkembangan budaya manusia. Perkembangan yang terus berlangsung itu akhirnya menghasilkan v cabang-cabang ilmu pengetahuan. Berbagai cabang ilmu pengetahuan itu ada kalanya berdiri sendiri-sendiri, namun bisa saja saling berkaitan antara satu cabang ilmu pengetahuan dengan ilmu pengetahuan lainnya. Dalam kasus tertentu, penggabungan antara dua cabang ilmu pengetahuan itu melahirkan cabang ilmu pengetahuan baru yang berbeda dengan ilmu pengetahuan induknya. Kemajuan ilmu pengetahuan mengiringi alur waktu perjalanan peradaban manusia. Ilmu pengetahuan itu selanjutnya melahirkan teknologi yang dapat memberikan berbagai manfaat bagi kehidupan. Berbagai kecanggihan produk teknologi lahir dengan basis fisika. Ambil salah satu contohnya, penemuan sinar-X melahirkan teknologi untuk pencitraan organ bagian dalam tubuh manusia. Teknologi pencitraan itu ternyata mampu mengantarkan ke arah terjadinya perubahan mendasar dalam bidang kedokteran. Untuk tujuan medik, bagian dalam tubuh manusia yang pada prinsipnya dapat dibedakan baik secara anatomi maupun fisiologi, pada mulanya merupakan objek yang tidak dapat dilihat secara langsung oleh mata. Namun dengan ditemukannya sinar-X, tubuh manusia ternyata dapat diubah menjadi objek yang transparan. Melalui pencitraan dengan sinar-X, dokter dapat memutuskan tindakan yang tepat dalam menangani pasien. Contoh lain adalah penemuan teori elektromagnetik. Gelombang radio merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang mampu merambat dengan kecepatan cahaya, yaitu 300.000 km/detik. Dengan memanfaatkan gelombang itu, lahirlah teknologi komunikasi yang memungkinkan masyarakat menjalin hubungan jarak jauh yang bisa terhubung dalam selang waktu sangat cepat. Interaksi manusia dengan lingkungan hidupnya merupakan suatu proses yang alami dan akan berlangsung mulai dari saat manusia dilahirkan sampai ia meninggal dunia. Interaksi tadi berlangsung karena manusia memerlukan daya dukung lingkungan dalam bentuk materi untuk memenuhi kebutuhan hidupnya seharihari. Berbagai jenis materi yang dibutuhkan manusia itu meliputi udara untuk bernafas, air untuk minum, makanan sebagai sumber vi energi, serta kebutuhan-kebutuhan lainnya yang dimanfaatkan untuk mendukung aktivitas kehidupannya. Semua kebutuhan materi itu sudah disediakan oleh alam dan manusia tinggal mengambilnya dari lingkungan. Paling tidak sudah sejak 2500 tahun silam manusia mulai mempertanyakan tentang hakikat materi. Perintisnya adalah para filsuf Yunani Kuno yang hidup pada saat itu. Masalah pokok yang menjadi perhatian mereka pada saat itu adalah bagaimana memahami keberadaan alam serta perubahan yang terjadi di dalamnya. Kini, pemahaman manusia terhadap materi telah mencapai suatu tingkatan jauh di atas pemahaman masyarakat Yunani Kuno. Dari sejarah Yunani kuno kita mengenal konsep dasar tentang atom dari Demokritos (460-370 SM). Ia menggambarkan atom sebagai materi terkecil yang sedemikian kecilnya sehingga tidak dapat dibagi-bagi lagi. Inilah konsep tentang atom pertama yang tercatat oleh sejarah. Ilmu pengetahuan modern menyatakan bahwa atom bukanlah materi terkecil penyusun alam semesta. Sejarah panjang pergumulan para ilmuwan menghasilkan pemahaman baru mengenai materi penyusun alam semesta yang lebih detail. Kajian fisika akhirnya berhasil menghadirkan bukti-bukti baru bahwa sebuah atom masih dapat diuraikan lebih lanjut menjadi komponenkomponen dengan ukuran lebih kecil. Dari penguraian atom itu dapat diperoleh bagian-bagian lebih kecil yang dikenal sebagai materi subatomik. Buku ini menguraikan tentang kisah perjalanan para fisikawan beserta hasil karya mereka dalam upaya mengungkap lebih lanjut hakikat materi penyusun alam semesta. Perjalanan sejarah itu menempuh waktu yang cukup panjang dan melibatkan banyak fisikawan dengan hasil karya masing-masing yang saling melengkapi. Kajian maupun penelitian yang berkaitan dengan partikel subatomik akhirnya membidani kelahiran kajian baru dalam fisika nuklir, yaitu fisika partikel. Kajian ini mengkhususkan diri dalam mempelajari partikel-partikel subatomik, baik sebagai partikel penyusun atom maupun partikel bebas yang dapat ditemukan di luar vii atom. Proses-proses nuklir yang berlangsung di ruang angkasa maupun laboratorium fisika energi tinggi dapat menghadirkan berbagai jenis partikel subatomik yang kini menjadi objek kajian mutakhir para fisikawan. Hasil karya mereka akhirnya memperkuat fondasi dasar yang mengantarkan fisika memasuki gerbang revolusi keempat dengan partikel nuklir sebagai objek utama penelitiannya. Sebagian dari temuan-temuan hasil pemburuan partikel subatomik saat ini memang belum melahirkan teknologi aplikatif yang bisa dinikmati dalam kehidupan sehari-hari. Namun, dari temuan-temuan itu, paling tidak kita memperoleh informasi mengenai betapa kayanya alam semesta ini. Begitu banyak rahasia alam semesta yang masih tersimpan rapat dan belum berhasil diungkap oleh manusia. Ketika rahasia tersebut berhasil diungkap dan dipelajari lebih detail, tidak tertutup kemungkinan jika temuantemuan besar itu bisa melahirkan teknologi baru yang dapat mengubah dan mewarnai kehidupan masyarakat modern di masa yang akan datang. Penulis menyadari sepenuhnya jika pembahasan dalam buku ini tidak terlepas dari adanya kekurangan karena terbatasnya pengetahuan dan kemampuan dalam diri penulis. Oleh sebab itu, kritik dan saran dari pembaca dalam rangka perbaikan dan penyempurnaan isi buku ini sangatlah terbuka dan tetap dinantikan. Semoga kehadiran buku ini dapat memberi pencerahan dan memperkaya khazanah pengetahuan tentang hakikat materi bagi masyarakat luas. Dengan memahami hakikat materi hingga ke level partikel subatomik, kita bisa memahami alam semesta dengan sudut pandang yang lebih luas. Tangerang Selatan, Agustus 2023 Penulis viii DAFTAR ISI PRAKATA ........................................................................................ i 01 INTRODUKSI ............................................................................. 1 1.1. Perkembangan Ilmu Pengetahuan .................................... 2 1.2. Ilmu Pengetahuan Alam .................................................... 6 1.3. Kajian Sains Fisika .......................................................... 11 1.4. Partikel Subatomik .......................................................... 13 1.5. Lingkup Bahasan ............................................................ 16 02 SINAR BETA ........................................................................... 23 2.1. Kisah Penemuan Bahan Radioaktif ................................. 25 2.2. Penelitian Selanjutnya ..................................................... 30 2.3. Komposisi Sinar Radioaktif .............................................. 37 03 PENEMUAN ELEKTRON........................................................ 45 3.1. Penelitian Sinar Katode ................................................... 46 3.2. Penelitian Joseph J. Thomson ........................................ 51 3.3. Biografi Kepakaran Thomson .......................................... 56 3.4. Percobaan Tetes Minyak ................................................. 59 3.5. Muatan Elementer ........................................................... 62 3.6. Karakteristik Elektron ...................................................... 64 04 KEBERADAAN PROTON ........................................................ 67 4.1. Perkembangan Model Atom ............................................ 68 4.2. Inti Atom Hidrogen........................................................... 81 4.3. Karakteristik Unsur .......................................................... 84 05 BERBURU NEUTRON ............................................................. 89 5.1. Dugaan Keberadaan Neutron.......................................... 90 5.2. Analisis Chadwick ........................................................... 93 5.3. Neutron Bebas ................................................................ 96 5.4. Energi Kinetik Neutron .................................................. 101 5.5. Neutron Kosmis............................................................. 106 06 PENGAMATAN POSITRON .................................................. 112 6.1. Penelitian Sinar Kosmis ................................................ 113 ix 6.2. Pengamatan Sinar Aneh ............................................... 120 6.3. Sumber Positron ........................................................... 123 07 KETERKAITAN ANTARPARTIKEL SUBATOMIK .................. 129 7.1. Peluruhan Atom Radioaktif ............................................ 130 7.2. Ikatan Antara Proton dan Neutron ................................. 138 7.3. Nuklida dan Isotop......................................................... 140 08 DETEKSI NEUTRINO ............................................................ 148 8.1. Ramalan Wolfgang Pauli ............................................... 149 8.2. Berburu Neutrino ........................................................... 151 8.3. Neutrino Kosmis ............................................................ 154 8.4. Proyek Super-K ............................................................. 158 8.5. Sumber Neutrino Kosmis............................................... 160 09 PENUTUP.............................................................................. 167 DAFTAR REFERENSI ................................................................ 176 INDEKS ...................................................................................... 185 BIODATA PENULIS .................................................................... 193 x DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Gambar 2. Gambar 3. Gambar 4. Gambar 5. Gambar 6. Gambar 7. Gambar 8. Gambar 9. Gambar 10. Gambar 11. Gambar 12. Gambar 13. Gambar 14. Sejenis Batuan Uraninite yang Mengandung Unsur Radioaktif Alamiah Uranium ......................................30 Mineral Pitchblende yang Mengandung Bahan Radioaktif Polonium dan Radium [30] ........................35 Pancaran Sinar-Sinar Radioaktif dalam Ruangan Bermedan Magnet [36] ..............................................39 Perangkat Rancangan Michael Faraday untuk Penelitian Lucutan Gas [26].......................................46 Diagram Percobaan untuk Mengidentifikasi Muatan Listrik Sinar Katode [26] ................................50 Bagan Percobaan Joseph J. Thomson untuk Mengukur Nilai e/m Partikel Sinar Katode [15]...........52 Lintasan Gerak Partikel Bermuatan di dalam Medan Magnet Homogen ..........................................54 Bagan Peralatan Percobaan Tetes Minyak Rancangan Robert A. Millikan untuk Mengukur Muatan Elementer ]15] ..............................................61 Model Atom yang Diusulkan oleh Joseph J. Thomson [52] ............................................................71 Skema Percobaan Hamburan sinar Alfa untuk Menguji Model Atom Thomson [53] ...........................72 Transisi Elektron dan Spektrum Warna yang Dihasilkan Atom Hidrogen [55] ..................................77 Model Atom yang Diusulkan oleh Ernest Rutherford dan Disempurnakan oleh Niels Bohr [57] ............................................................................80 Bagan Percobaan untuk Mendeteksi Neutron [15] .....92 Model yang Paling Sering Digunakan Saat Ini untuk Menggambarkan Bangunan Sebuah Atom [19] ............................................................................96 xi Gambar 15. Proses Produksi Neutron dengan Mesin Akselerator [19] .......................................................101 Gambar 16. Proses Moderasi Neutron Cepat Menjadi Neutron Termik [15] ..............................................................102 Gambar 17. Proses Spalasi Inti Atom O-16 oleh Neutron Berenergi Tinggi [75] ...............................................109 Gambar 18. Proses Anihilasi yang Mengubah Elektron dan Positron Menjadi Sinar Gamma [76] ........................127 Gambar 19. Proses Penciptaan yang Mengubah Sinar Gamma Menjadi Pasangan Elektron dan Positron [76] .........128 Gambar 20. Proses Terjadinya Pancaran Sinar-X Karakteristik karena Peristiwa Penangkapan Elektron oleh Inti Atom [25] .................................................................138 Gambar 21. Struktur Atom Isotop-Isotop 5Li, 6Li, dan 7Li [16] ......144 Gambar 22. Struktur Atom Isotop-Isotop 12C, 13C, dan 14C [29] ...144 Gambar 23. Bagan Percobaan Reines dan Cowan untuk Mendeteksi Neutrino [79] .........................................152 Gambar 24. Dokumen Pengamatan Neutrino yang Pertama dalam Kamar Buih Hidrogen....................................154 Gambar 25. Teknik Deteksi Neutrino Melalui Pengamatan Radiasi Cherencov [76] ...........................................159 Gambar 26. Komponen Utama Penyusun Sinar Kosmis Sekunder [76] ..........................................................163 xii 01 INTRODUKSI Dalam menjalani kehidupan di dunia ini, manusia dapat berperan sebagai makhluk biologis dan makhluk budaya [1]. Sebagai makhluk biologis, perasaan lapar atau dahaga dapat dipenuhi dengan makan atau minum. Namun sebagai makhluk budaya, manusia memiliki kebutuhan yang begitu kompleks. Dalam kondisi tertentu, kebutuhan itu seringkali tidak mudah untuk dipenuhi oleh lingkungan hidupnya. Kebutuhan sebagai makhluk budaya itu sangat bervariasi mulai dari keinginan untuk berkuasa, memiliki kekayaan, perasaan puas, menghasilkan keturunan, dan sebagainya. Masuk dalam kebutuhan makhluk budaya adalah pemenuhan terhadap ilmu pengetahuan. Kebutuhan itu muncul karena manusia memiliki rasa penasaran yang tinggi terhadap sesuatu yang belum diketahuinya. Ilmu adalah usaha manusia untuk memahami dunia beserta isinya yang mewarnai lingkungan hidupnya. Pengetahuan adalah sebuah proses untuk menemukan penjelasan terhadap fenomena yang muncul dari isi dunia, atau apapun fenomena alam yang ditemui dan dipertanyakan oleh manusia. Pengetahuan lahir ketika seseorang memiliki rasa penasaran terhadap suatu objek sehingga ia mempelajarinya. Selama proses mempelajari, manusia melakukan pengamatan, memperoleh pengalaman indrawi, dan melakukan analisis untuk mengolah informasi dari suatu objek. Akumulasi dari berbagai informasi tersebut akhirnya menghasilkan ilmu pengetahuan yang mampu memberi gambaran komprehensif dari objek yang dipelajari oleh seseorang [2]. Pengetahuan muncul ketika seseorang menggunakan akal budinya untuk mengenali benda atau kejadian tertentu yang belum 1 02 SINAR BETA Pada mulanya, istilah “radioaktivitas” adalah sebutan untuk fenomena fisika berupa pancaran sinar misterius yang berlangsung secara spontan dari suatu bahan. Dikatakan sinar misterius karena sinar itu belum pernah dikenal sama sekali oleh para ilmuwan pada saat sinar tersebut pertama kali diamati [22]. Dalam perkembangan berikutnya, sinar misterius itu disebut juga sebagai sinar Becquerel, untuk memberi penghormatan kepada orang yang pertama kali mengamatinya, yaitu fisikawan Prancis, Antoine Henri Becquerel. Dikaitkan dengan kemampuannya dalam memancarkan sinar Becquerel, bahan-bahan yang kita temukan di alam ini dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu bahan dengan atom yang sifatnya stabil dan bahan yang sifat atomnya tidak stabil. Bahan dengan kondisi stabil (atom stabil) tidak dapat memancarkan sinar Becquerel, sedang bahan dengan kondisi atom tidak stabil dapat memancarkan sinar Becquerel. Dalam perkembangan berikutnya, bahan yang mampu memancarkan sinar Becquerel dikenal sebagai “bahan radioaktif”. Awal perkenalan manusia dengan fenomena radioaktivitas dimulai ketika Becquerel mengamati unsur uranium (U) yang dapat memancarkan sinar aneh dan belum pernah diketahui sebelumnya [23]. Sebagai salah satu bahan yang ditemukan di alam sekitar, keberadaan U sebenarnya sudah dikenali manusia sejak tahun 79. Bahan berupa U-oksida sudah digunakan sebagai zat pewarna pada kegiatan glasir kaca dan keramik. Namun, baru setelah sekitar 17 abad kemudian, tepatnya pada tahun 1789, seorang ahli kimia asal Jerman, Martin H. Klaproth (1743-1817), mempelajari U untuk pertama kalinya. Ahli kimia Prancis, Eugène-Melchior Péligot (1743- 23 03 PENEMUAN ELEKTRON Faraday merupakan ilmuwan yang begitu banyak memberikan kontribusinya terhadap pengembangan teori kelistrikan. Berkat teori yang disusunnya, listrik menjelma menjadi teknologi yang banyak dimanfaatkan dalam kehidupan. Karyakaryanya di bidang kelistrikan telah membuat Faraday dikenal dan dikenang oleh masyarakat dunia hingga saat ini. Karena jasajasanya dalam membuka banyak rahasia alam di bidang kelistrikan itulah, ia dinobatkan sebagai salah satu ilmuwan eksperimental besar sepanjang masa [10]. Bahkan Einstein menganggapnya sebagai salah satu dari beberapa ilmuwan yang memiliki pengaruh penting dalam sejarah perkembangan ilmu fisika. Masih terkait dengan kepakaran di bidang kelistrikan dan elektrokimia, Faraday merupakan ilmuwan perintis dalam mempelajari sinar katode [26], yaitu sinar bermuatan listrik negatif yang keluar dari katode. Penelitian ini didorong oleh keingintahuan Faraday mengenai pengaruh kelistrikan terhadap materi berbentuk gas. Untuk mewujudkan keingintahuannya, ia merancang sebuah penelitian dengan cara mengisolasi gas (udara) menggunakan tabung gelas yang ditutup rapat dan di dalamnya dipasang dua elektrode kawat logam dengan jarak pisah relatif jauh. Prinsip percobaan ini tak ubahnya adalah meniru percobaan elektrolisis pada larutan kimia. Sinar katode merupakan topik penelitian yang sangat menarik perhatian para fisikawan pada akhir abad ke-19. Dalam kurun waktu pasca-Faraday, penelitian sinar katode tersebut tetap berlanjut dengan melibatkan banyak ilmuwan. 45 04 KEBERADAAN PROTON Pemikiran tentang hakikat materi telah menjadi bagian penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan. Sepanjang sejarah perjalanan umat manusia, selalu muncul ilmuwan-ilmuwan yang berusaha untuk menyingkap rahasia yang tersimpan di balik materi penyusun alam semesta ini. Kini, pemahaman manusia terhadap materi telah mencapai suatu tingkatan jauh di atas pemahaman masyarakat Yunani purba. Ilmu pengetahuan modern menyatakan bahwa berbagai unsur yang menyusun materi tersebar di seluruh jagat raya dengan kelimpahan yang berbeda-beda. Di bagian kerak bumi, para ilmuwan telah berhasil mengidentifikasi delapan jenis unsur yang membentuk hampir 99% bagian kerak bumi, yaitu aluminium (8,1%), besi (5,0%), kalium (12,6%), kalsium (3,6%), magnesium (2,1%), natrium (2,9%), oksigen (46,6%), silikon (27,7%) dan unsur kelumit lainnya (1,4%) [48]. Pemburuan unsur-unsur juga dilakukan di ruang angkasa. Para astronom telah berhasil mengenali sejumlah besar unsur yang ada di matahari dan bintang-bintang lainnya. Unsur-unsur yang ditemukan di ruang angkasa itu ternyata diketahui juga ada di Bumi. Sejauh ini belum pernah dijumpai adanya unsur di ruang angkasa yang tidak ditemukan di Bumi. Analisis terhadap sejumlah meteor yang jatuh di Bumi menunjukkan bahwa lebih dari 50 jenis unsur yang dikenal di Bumi diketahui terkandung di dalam meteor dari ruang angkasa tersebut [49]. Suatu benda yang kita temukan di lingkungan bisa jadi tersusun atas banyak jenis unsur. Berbagai disiplin ilmu mengkhususkan diri menelaah unsur-unsur yang ditemukan dalam berbagai jenis benda yang berbeda-beda. Dalam astronomi dikaji 67 05 BERBURU NEUTRON Dalam bab 4 sudah diuraikan mengenai bangunan sebuah atom yang digambarkan sebagai bola dengan kulit dan inti atomnya. Dalam perkembangan berikutnya, para ilmuwan berhasil mengungkap struktur inti atom yang tersusun atas proton. Selanjutnya para ilmuwan berhasil mengungkap bahwa inti atom sebenarnya hanyalah bagian yang sangat kecil dari sebuah atom, sedang atom itu sendiri merupakan bagian yang terkecil dari sebuah materi. Keingintahuan tentang struktur inti dari suatu atom telah menyita perhatian ratusan ilmuwan dalam kurun waktu cukup lama. Belum adanya instrumen yang memadai dan teknik pengamatan yang dapat diandalkan menjadi penghalang utama para ilmuwan dalam menemukan jawaban yang memuaskan mengenai inti atom. Kesulitan itu dapat dipahami apabila kita memperhatikan reniknya ukuran sebuah atom. Jika kita menganggap inti atom itu bulat, maka kita dapat menyatakan ukuran inti itu dengan jari-jari inti. Jika dalam pembahasan mengenai ukuran atom seringkali digunakan satuan dalam orde Angstrom (Å), maka dalam pembahasan mengenai ukuran inti atom, orde satuan yang sering digunakan adalah femto (fm), di mana . Jika diameter atom berorde 10-8 cm, maka diameter sebuah inti kira-kira 10.000 hingga 100.000 kali lebih kecil dibandingkan diameter atom. Sebelum memahami lebih dalam tentang struktur inti atom, para ilmuwan sudah mampu memperkirakan ukuran inti atom tersebut. Pada bagian 4.1.3 dikemukakan hasil penelitian hamburan sinar alfa oleh lempeng emas yang dilakukan oleh Rutherford dan kedua asistennya. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa 89 06 PENGAMATAN POSITRON Seperti dibahas pada bab 2, semula para ilmuwan hanya mengenali adanya tiga jenis sinar yang dipancarkan oleh zat radioaktif alamiah, yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. Sinar beta berhasil diidentifikasi sebagai partikel subatomik bermuatan listrik negatif. Namun, dalam kurun waktu berikutnya, para ilmuwan juga berhasil mengamati adanya pancaran sejenis sinar beta bermuatan listrik positif, terutama dari unsur-unsur radioaktif buatan. Sinar jenis ini akhirnya diberi nama positron atau elektron yang bermuatan positif dengan muatannya +1e dan diberi notasi atau . Beberapa tahun sebelum positron berhasil diamati oleh para ilmuwan, keberadaan positron memang sudah diramalkan oleh Paul A.M. Dirac melalui kajian teoretisnya [79]. Ia meramalkan tentang adanya partikel menyerupai elektron tetapi bermuatan listrik positif. Ramalan itu dikemukakannya pada tahun 1928. Kala itu Dirac mempublikasikan makalah persamaan gelombang Dirac (Dirac wave equation) yang merupakan perpaduan antara mekanika kuantum, relativitas khusus, dan konsep spin elektron untuk menjelaskan efek Zeeman. Rumusan persamaan gelombang elektron baru ini merupakan perluasan persamaan Schrodinger dalam mekanika kuantum, yang taat asas terhadap Teori Kerelatifan Khusus Einstein. Makalah Dirac tidak memprediksi kehadiran partikel baru, tetapi memungkinkan elektron untuk memiliki muatan listrik positif atau negatif sebagai solusinya. Secara umum teori Dirac memberi dasar bagi para fisikawan untuk meyakini bahwa setiap partikel memiliki kembaran lawannya yang disebut anti-partikel. 112 07 KETERKAITAN ANTARPARTIKEL SUBATOMIK Dari pembahasan bab 2, bab 3, bab 4, bab 5, dan bab 6, kita telah berkenalan dengan empat jenis partikel subatomik, yaitu sinar beta atau elektron, proton, neutron, dan positron. Selain menyandang predikat sebagai partikel subatomik, elektron dan positron juga menyandang predikat sebagai partikel elementer, yaitu partikel dasar penyusun alam semesta. Kedua partikel tersebut tidak dapat diuraikan lebih lanjut menjadi komponen penyusun yang ukurannya lebih kecil. Sedangkan proton dan neutron hanya menyandang predikat sebagai partikel subatomik tetapi tidak menyandang predikat sebagai partikel elementer. Saat ini diketahui bahwa keduanya dapat diurai lebih lanjut karena terbentuk dari komponen paling dasar yang dikenal sebagai quark. Partikel elementer juga sering disebut sebagai partikel fundamental. Partikel tersebut dapat saling berinteraksi membentuk partikel subatomik seperti proton dan neutron. Partikel-partikel subatomik seperti elektron, proton dan neutron dapat saling berinteraksi sehingga membentuk bangunan sebuah atom. Berbagai jenis atom juga bisa saling berinteraksi sehingga membentuk atau menghasilkan molekul. Dalam hal ini atom merupakan komponen terkecil dari sebuah molekul. Sedang molekul merupakan komponen terkecil dari suatu materi. Berbagai jenis materi pengisi alam semesta ini terbangun atas gabungan dari berbagai jenis molekul. 129 08 DETEKSI NEUTRINO Hingga pertengahan tahun 1930, para fisikawan hanya mengenal adanya tiga partikel subatomik paling sederhana. Ketiganya merupakan partikel penyusun atom, yaitu elektron, proton, dan neutron [28]. Kala itu, para fisikawan percaya bahwa ketiganya merupakan partikel tak-terbelahkan. Ketiganya tidak dapat diuraikan lebih lanjut menjadi komponen-komponen penyusun yang lebih kecil. Namun, pengetahuan mengenai ketiga partikel subatomik ternyata bukan akhir dari upaya para fisikawan untuk mengungkap hakikat materi. Pasca-Perang Dunia II, kerja para fisikawan, khususnya yang mendalami kajian fisika energi tinggi, lebih mengarah kepada upaya memburu partikel subatomik lain selain elektron, proton dan neutron. Kerja sama antara fisikawan teoretis dan eksperimental ternyata berhasil menyingkap rahasia alam tentang adanya sejumlah partikel elementer. Jumlah yang berhasil diidentifikasi terus bertambah sejalan dengan intensifnya penelitian di bidang itu. Salah satu partikel yang berhasil diidentifikasi adalah neutrino [93]. Dari kegiatan kajian dan penelitian yang telah dilakukan, para ilmuwan akhirnya berhasil mengungkap rahasia partikel elementer selain partikel subatomik penyusun atom. Penemuan partikel itu bermula ketika pada tahun 1930, fisikawan teoretis Amerika-Austria-Swiss, Wolfgang Pauli (1900-1958), meramalkan adanya partikel yang menyertai proses peluruhan bahan radioaktif pemancar sinar beta. Sinar beta tak ubahnya adalah sebuah elektron yang tidak memiliki massa dan bermuatan listrik negatif. Seperti dibahas pada bagian 7.1, subbagian 7.1.1, peluruhan beta 148 09 PENUTUP Apa sejatinya isi dari alam semesta? Sebelum menjawab pertanyaan tersebut, terlebih dahulu kita perlu berkenalan dengan disiplin ilmu yang berkaitan erat dengan kajian alam semesta, yaitu kosmologi. Kosmologi merupakan studi tentang alam semesta dan manusia yang hidup di dalamnya. Sejak beberapa ratus tahun terakhir, studi kosmologi didominasi oleh pendekatan fisika dan astrofisika [87]. Meskipun demikian, konsepsi ilmiah tentang kosmologi yang disepakati oleh mayoritas ilmuwan saat ini bukanlah sesuatu yang absolut benar. Salah satu pertanyaan paling mendasar dalam studi kosmologi adalah mengenai kelahiran alam semesta. Teori ilmiah yang menggambarkan proses kelahiran alam semesta dikenal sebagai Teori Dentuman Besar (Big Bang Theory). Teori ini menyatakan bahwa proses terbentuknya alam semesta berawal dari suatu peristiwa dentuman besar yang terjadi miliaran tahun silam [104]. Teori tersebut kini banyak dianut oleh kalangan ilmuwan. Bukti penting yang mendukung teori tersebut ialah keberadaan hidrogen dan helium di ruang angkasa. Dalam berbagai penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa konsentrasi hidrogen-helium di alam semesta sesuai dengan perhitungan teoretis konsentrasi hidrogen-helium sisa peninggalan peristiwa Dentuman Besar. Bukti ilmiah inilah yang menyebabkan teori tersebut diterima secara luas oleh masyarakat ilmiah. Bukti radiasi sisa peristiwa Dentuman Besar akhirnya berhasil ditemukan. Kosmologi modern berhasil memperoleh bukti kuat berupa penemuan radiasi latar dalam bentuk gelombang mikro kosmis bersuhu 3 kelvin yang diduga kuat berasal dari peristiwa 167 DAFTAR REFERENSI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Akhadi M. Ekologi energi, mengenali dampak lingkungan dalam pemanfaatan sumber-sumber energi. Yogyakarta 55511: Graha Ilmu; 2009. Santoso RSI. Kapita selecta sejarah perkembangan ilmu pengetahuan. Jakarta: Sinar Hudaya;1977. Karim A. Sejarah perkembangan ilmu pengetahuan. Fikrah: Jurnal Ilmu Aqidah dan Studi Keagamaan. 2014; Vol 2(2): 273-289. Surajiyo. Sejarah, klasifikasi dan strategi perkembangan ilmu pengetahuan. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan Sains (SNPS) 2019. Solo: Universitas Sebelas Maret; 2 November 2019; 1-8. Haramundanis K. Penelaahan tentang jagad raya. Dalam: Bernard SC, Lynn GB, Joseph JJ, editor. Ilmu Pengetahuan Populer Vol. 1. Jakarta: Grolier International Inc./P.T. Widyadara, 1997; hal. 1-12. Badan Pengembangan dan Pembinaan Bahasa. 1988. Kamus Besar Bahasa Indonesia. Balai Pustaka. Myers R. The basic of chemistry. London: Greenwood Press; 2003. Branley FM. Bumi. Dalam: Bernard SC, Lynn GB, Joseph JJ, editor. Ilmu Pengetahuan Populer Vol. 1. Jakarta: Grolier International Inc./P.T. Widyadara; 1997; hal. 97-105. Parkinson CL, Ward A, King MD, editors. Earth science reference handbook: A guide to NASA’s earth science program and earth observing satellite missions. Washington DC: National Aeronautics and Space Administration; 2006. Young HD, Freedman RA. University physics. 9th edition. New York: Addison-Wesley Publishing Company; 1998. Wilopo AC, editor. Seabad pemenang hadiah nobel fisika. Jakarta: Abdi Tandur; 2002. 176 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. Balchin J. Quantum leaps, 100 ilmuwan besar paling berpengaruh di dunia. Jakarta Selatan 12520: Ufuk Press; Maret 2012. Singh RB. Introduction to modern physics. New Delhi: New Age International (P) Limited Publishers; 2002. Raymond AS, Clement JM, Moyer CA. Modern Physics. 3rd edition. Victoria 3006: Thomson Learning Inc.; 2005. Akhadi M. Membaca peta nuklida. e-Publishing Penerbit BRIN. Tersedia di https://penerbit.brin.go.id/press/ catalog/book/549; diakses pada 11 Januari 2023, DOI: https://doi.org/10.55981/brin.549 Erlangga AM. Sejarah & kebudayaan dunia. Yogyakarta: Familia; 2013. Keenan CW, Kleinfelter DC, Wood JH. Kimia untuk universitas (Alih Bahasa Handyana Pudjaatmaka). Edisi keenam, jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga; 1989. Akhadi M. Jejak perjalanan teknologi nuklir, dari konsep atomos hingga traktat non-proliferasi. e-Publishing Penerbit BRIN. Tersedia di https://penerbit.brin.go.id/press/catalog/ book/559; diakses pada 15 Januari 2023. DOI: https://doi.org/10.55981/brin.559 Akhadi M. Mengungkap hakekat energi nuklir. Jakarta: BATAN Press; 2020. George J. Structure of atom: the space inside of an atom is not empty. Createspace Independent Pub; 2010. Williams WSC. Nuclear and particle physics. New York: Oxford University Press; 1991. L’Annunziata M. Radioactivity: introduction and history. 1st edition. New York: Elsevier; July 2007. Friedlander G, Kennedy JW, Macias ES. Nuclear and radiochemistry. 3rd ed. New York: John Wiley & Sons; 1989. Akhadi M. Radioekologi radionuklida primordial. Yogyakarta: Penerbit Deepublish; 2023. Akhadi M. Mengungkap hakekat sinar-X. Yogyakarta: Penerbit Deepublish; 2021. 177 BIODATA PENULIS Mukhlis Akhadi lahir di Yogyakarta, 17 September 1961. Menempuh pendidikan tinggi di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu P engetahuan Alam–Universitas Indonesia (FMIPA-UI) di Jakarta pada 1980 dan memperoleh gelar sarjana fisika pada 1985. Sejak awal 1986 sampai sekarang, penulis bekerja sebagai peneliti pada Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi–Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTKMR–BATAN) di Jakarta. Sekarang menjadi Pusat Riset Teknologi Keselamatan Metrologi dan Mutu Nuklir, Organisasi Riset Tenaga Nuklir, Badan Riset dan Inovasi Nasional (PRTKMMN–ORTN BRIN). Meraih jabatan fungsional tertinggi sebagai Ahli Peneliti Utama bidang Fisika Nuklir sejak bulan Desember 2002. Beberapa pendidikan tambahan dan spesialisasi yang pernah diperolehnya adalah: Radiation Protection Course di ANSTO (NSW, Australia 1989), Personal Dosimetry di JAERI (Jepang 1991), Working Area Monitoring di JAERI (Jepang 1992), Workshop on the Application of the ICRP`s 1990 Recommendations di Kuala Lumpur (Malaysia 1993), Regional School of Radiation Emergency Management di Fukushima (Jepang, 2017). Mewakili BATAN untuk mengikuti pembahasan buku Basic Safety Standars (BSS) di Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA) di Vienna (Austria 1994). Ditunjuk BATAN menjadi anggota Radiation Safety Standards Committee (RASSC) di bawah koordinasi IAEA periode 2005-2007. Mengikuti kegiatan Forum for Nuclear Cooperation in Asia (FNCA) on QA/QC radiation dosimetry for radiotherapeutic of cancer di Cina tahun 2006. Sebagai 193 partisipan dalam Technical Meeting to Develop a Draft Text for the Revision of the BSS di IAEA (Austria 2007). Selain sebagai peneliti, penulis juga sering diminta sebagai pengajar pada berbagai jenis diklat yang diselenggarakan oleh BATAN. Pernah menjadi Dosen Tidak Tetap pada Jurusan Teknik Mesin, Teknik Elektro dan Teknik Sipil Sekolah Tinggi Teknik (STT)-PLN di Jakarta. Menulis enam belas buku masing-masing dengan judul: (1). Pengantar Teknologi Nuklir (1997), (2). Dasardasar Proteksi Radiasi (2000), (3). Ekologi Energi: Mengenali Dampak Lingkungan dari Penggunaan Sumber-Sumber Energi (2009), (4). Isu Lingkungan Hidup: Mewaspadai Dampak Kemajuan Teknologi dan Polusi Lingkungan Global yang Mengancam Kehidupan (2014), (5). Penanggalan Radioaktif: Mengungkap Sejarah dan Peradaban Bumi dengan Teknik Nuklir (2017), (6). Jejak Perjalanan Teknologi Nuklir: dari Konsep Atomos hingga Traktat non-Proliferasi (2018), (7). Sentuhan Teknik Nuklir dalam Aktivitas Industri (2019), (8). Sinar-X Menjawab Masalah Kesehatan (2020), (9). Membaca Peta Nuklida (2020), (10). Mengungkap Hakikat Energi Nuklir (2020), (11). Mengungkap Hakikat Sinar-X (2021), (12). Sinar-X: dari Sejarah penemuan Hingga Pemanfaatannya (2021), (13). Radioekologi Radionuklida Kosmogenik (2021), (14). Nuklir untuk Ketahanan Pangan Dunia (2022), (15). Mengungkap Hakikat Sinar Kosmis (2022), dan (16). Radioekologi Radionuklida Primordial (2023). 194