BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Klasifikasi Partikl Alam smsta mnganung brbagai maam partikl yang mmbangun brbagai zat yang trkanung i alamnya. Dalam prkmbangannya tlah itmukan bgitu banyak partikl yang mmnuhi alam skitar kita. Karna bgitu banyaknya partikl yang aa, kita prlu mnglompokkannya untuk mmprmuah mmahami sifat an prilakunya. Kita apat mnglompokkan partikl-prtikl trsbut ngan brbagai ara, yang akan ipaparkan brikut ini... Frmion an Boson Paa umumnya partikl mmiliki sifat sifat yaitu muatan, massa an spin. Tiap-tiap partikl mmiliki antipartiklnya yang mmiliki muatan brba satu ngan yang lainnya. Dari sifat ualism glombang yang mnyatakan bahwa partikl juga mmiliki sifat glombang, tak hran jika partikl fungsi glombang, yang apat mnntukan prgrakan partikl trsbut. Partikl brasarkan bilangan spinnya apat ibagi ua bagian yaitu frmion an boson. Suatu prtikl akan ikatakan frmion intitas jika ia mmiliki bilangan spin bulat stngah an fungsi-fungsi glombang ari kua partikl brubah ktika saling brtukaran, sprti brikut. Suatu partikl ikatakan boson intitas jika mmiliki spin bilangan bulat an fungsi-fungsi glombang ari kua partikl tiak brubah ktika saling brtukaran, sprti brikut.

2 Brikut fungsi glombang yang iwakili ngan mnggambarkan sifat intitas ari ksimtrian partikl Boson intitas :, =, Frmion intitas :, = -, simtris antisimtris (.).. Kuark an Lpton Skarang ini fakta yang mnunjukkan zat ibntuk ari ua bntuk frmion yang funamntal, yang isbut kuark an lpton.... Kuark Kuark aalah salah satu grup partikl sub-atomik iyakini mnjai salah satu unsur asar matri. Dngan ara yang sama bahwa proton an nutron mmbntuk inti atom, partikl-partikl ini sniri iuga triri ari quark. Kuark mrupakan smua haron (baryons an mson) - yaitu, smua partikl yang brintraksi mlalui gaya kuat, gaya yang mngikat komponn-komponn inti. Spanjang tahun 96-an fisikawan toritis, mnoba untuk mmprhitungkan jumlah tumbuh-partikl subatomik yang prnah iamati alam ksprimn, mmprtimbangkan kmungkinan bahwa proton an nutron trsusun ari unit yang lbih kil ari matri. Paa tahun 96 ua fisikawan, Murray Gll-Mann ari Amrika Srikat an Yuval N `Eman Isral, mngusulkan skma klasifikasi partikl isbut Jalan Dlapan, yang mnggambarkan partikl brintraksi kuat alam hal blok bangunan. Gll mmbrikan gambaran srhana i mana smua mson isajikan sbagai triri ari kuark an antikuark sbuah an smua baryon sbagai triri ari tiga kuark. Mnurut tori yang brlaku, kuark mmiliki massa an spin kuark tampaknya bnar-bnar mnasar. Mrka tiak mmiliki struktur yang jlas, yaitu, mrka tiak apat islsaikan mnjai ssuatu yang lbih kil. Kuark tampaknya slalu trjai alam kombinasi ngan kuark lain atau antikuark, tiak prnah snirian. Untuk fisikawan tahun tlah brusaha untuk mngluarkan kuark ari baryon alam

3 ksprimn ngan akslrator partikl untuk mngamati hal itu alam kaaan bbas ttapi blum brhasil mlakukannya. Kuark mmbawa muatan listrik an. Kuark-kuark ini trsusun alam bbrapa jnis atau flavor, yang ibakan ngan tana bilangan kuantum intrnal an ilambangkan ngan u,, s,, b, t. Kuark-kuark u (up), (harm) an t (top) mmbawa muatan listrik positif an b (bottom) yang mmbawa muatan listrik. Kuark-kuark atau own, s(strang). Brikut ibrikan tabl mngnai muatan an massa kuark brasarkan partikl ata grup (PGD) Tabl. Kluarga kuark an sifat-sifatnya brasarkan PDG Kuark Muatan () Massa ( MV / ) u s b t 7, Tiak sprti lpton, haron mngalami tiga intraksi yakni intraksi kuat, intraksi lmah an juga mngalami intraksi lktromagntik. Kluarga ari haron triri atas mson an barion. Mson mrupakan partiklyang trsusun ari pasangan kuark an antikuark, anggota ari mson sniri triri ari mson brmuatan an mson ntral atau brmuatan yaitu antara lain partikl pion brmuatan ( -mson) an pion ntral ( -mson), partikl kaon ( K -mson an K -mson),srta partikl -mson yang brmuatan, sangkan baryon mrupakan partikl yang trsusun ari

4 tiga buah kuark, anggota ari barion yaitu nuklon yang triri atas proton an nutron. Baryon yang lbih bsar ari nutron isbut hipron an smuanya tak mantap ngan waktu pluruhan kurang ari -9 tik. Empat klas hipron yaitu (lama), (sigma), (ksi),an (omga), brbagai hipron apat mluruh ngan brbagai ara, ttapi hasil akhir slalu mmuat proton an nutron. Haron aalah partikl yang brintraksi kuat yang triri atas ua tip kombinasi kuark yaitu : Baryon = QQQ Mson = (tiga kuark) Q Q (pasangan kuark-antikuark) Knyataannya bahwa ua an hanya ua kombinasi kuark yang trjai yang apat ihitung sara sukss ngan tori antar kuark. Bbrapa ontoh baryon an mson apat ilihat sprti brikut Baryon Mson uu = proton u = nutron us = (lamba hypron) u = (pion) s = K (kaon) = -mson Tabl. Tabl kluarga mson an pnyusunnya Partikl Komposisi kuark u u K K K K D D F D D F u s u s s s u s u s u u

5 s s u u * K s * K s * K s * K s * D * D u * F s * D u * D * F s Sprti yang isbutkan bahwa baryon triri atas tiga kuark. Brikut ini akan ibrikan tabl kluarga baryon bsrta pnyusunya. Tabl. Kluarga baryon Partikl Komposisi kuark p uu n u uus s uss ss C uu C C u X X s s S s S su A su T ss Partikl kuark tiak prnah brtinak sbagai partikl bbas. Kuark hanya apat ksis bruaan mmbntuk mson atau brtiga mmbntuk baryon. Brasarkan tori kuark Gll-Mann ini, baryon trsusun atas tiga buah kuark sangkan mson triri atas kuark an antikuark. Proton karna brmuatan listrik + an brspin /

6 trsusun ari ua kuark u ngan spin brlawanan an sbuah kuark. Nutron triri ari ua kuark ngan spin brlawanan an sbuah kuark u, sprti yang iprihatkan paa gambar.. u u u proton (p) nutron (n) Gambar. Struktur kuark proton an nutron... Lpton Lpton brasal ari kata Yunani yang brarti partikl ringan atau zarah ringan. Lpton mmbawa muatan listrik atau. Lpton ntral isbut juga nutrino an mmiliki massa iam yang sangat kil atau mnkati nol. Lpton mmiliki kluarga sbagai brikut : - (ltron) an (nutrino ltron), muon), (tau) an (nutrino tau). (muon) an (nutrino Elktron aalah partikl lmntr yang prtama yang torinya tlah ikmbangkan manusia. Hasil yang tak truga ialah bahwa ari tori Dira iramalkan aanya lktron positif. Mula-mula iuga orang proton aalah partikl positifnya, walaupun trapat prbaan massa. Elktron positif yang itrangkan ahulu, biasanya isbut positron. Positron sring isbut sbagai antipartikl ari lktron, karna lktron apat brgabung an musnah brsama lktron. Hampir smua partikl lmntr yang iknal mmpunyai antipartikl; foton an pion ntral mrupakan pngualian.

7 Smua lpton mmiliki nilai spin. untuk lpton yang mmiliki muatan yaitu, sangkan lpton ntral atau lpton yang brmuatan, isbut nutrino yang mmiliki massa yang sangat kil skali. Lpton yang brmuatan mmiliki ua intraksi yakni intraksi lmah an intraksi lktromagntik, sangkan nutrino hanya mmiliki satu intraksi yaitu intraksi lmah. Brikut aalah tabl mngnai kluarga lpton. Lptons Q / Tabl.4 Kluarga lpton Antilptons Q / Q / o v v v m m m Q / o v v v,5mv / 5,6MV / 87MV /. Intraksi-Intraksi Dasar Alam Smsta Panangan trhaap alam smsta ini apat mnjai lbih baik jika iktahui komponn-komponn asar matri pnyusun bna-bna i alam smsta srta intraksi antar komponn-komponn asar trsbut. Sjauh ini, tlah apat iktahui aanya mpat bntuk intraksi funamntal yang brtanggung jawab trhaap brbagai maam intraksi antar matri. Sara umum, konsp intraksi igunakan untuk mnyatakan hubungan timbal-balik antara objk-objk yang itinjau. Konsp ini brmanfaat trutama untuk analisa bntuk hubungan antar objk matri. Kmpat intraksi funamntal trsbut aalah: intraksi gravitasi, intraksi lktromagntik, intraksi kuat an intraksi lmah.

8 .. Intraksi Gravitasi Intraksi gravitasi brsifat tarik-mnarik (slalu tarik-mnarik) antar partikl-partikl matri. Hukum Nwton tntang gravitasi univrsal mnyatakan, bsar intraksi tarikmnarik antar ua partikl matri sbaning ngan massa kua partikl trsbut an brbaning trbalik ngan kuarat jarak yang mmisahkan kuanya. Intraksi ini mmiliki jangkauan yang amat jauh (tak hingga), karna bila trapat partikl-partikl matri maka tntu trjai intraksi gravitasi. Intraksi gravitasi inilah yang mnybabkan partikl matri mngumpul mnjai satu hingga trbntuk plantplant, bintang-bintang, yang mnyusun tata surya srta galaksi. Konsp intraksi mmrlukan aanya "partikl intraktif" untuk mnyatakan gagasan hubungan antar partikl matri. Dalam hal intraksi gravitasi, intraksi antar partikl matri ilakukan olh partikl intraktif graviton. Graviton brsifat tak brmassa, shingga jangkauan intraksinya mliputi jarak tak hingga an brgrak ngan kpatan ahaya. Namun sangat sulit untuk mntksi kbraaan graviton karna kkuatan intraksinya sangat lmah, paling lmah ibaningkan tiga intraksi lainnya Intraksi gravitasi apat iabaikan karna konstanta kopling intraksi gravitasi 4,6 4 x, shingga sangat kil apabila ibaningkan ngan struktur halus tak brimnsi ( ), ngan (.) 4 7,6 Konstanta struktur halus itu ihasilkan paa intraksi kuat antara foton an partikl yang brmuatan... Intraksi Kuat Intraksi kuat brtanggung jawab trhaap pnggabungan kuark mnjai proton atau nutron, srta pnggabungan kuanya mnjai inti atom. Intraksi nuklir kuat antar kuark ihubungkan olh partikl intraktif yang isbut gluon, mnggabungkan kuark-kuark trikat mnjai nuklon. Dan juga, intraksi antar haron (misal, proton an nutron) yang ihubungkan olh mson, yang mngikat nuklon mnjai inti atom.

9 Intraksi nuklir kuat brpran pnting alam jangkauan pnk an mmiliki kkuatan intraksi rlatif paling bsar bila ibaningkan ngan kkuatan intraksi 5 funamntal yang lain. Jangkauannya skitar ( m)... Intraksi Elktromagntik Intraksi funamntal brikutnya, intraksi lktromagntik, trjai antara partiklpartikl brmuatan listrik (atau partikl brmuatan saja). Brba ngan intraksi gravitasi yang brsifat hanya tarik-mnarik, intraksi lktromagntik bisa tarikmnarik maupun tolak-mnolak. Ssama proton atau ssama lktron, intraksi yang trjai brsifat tolakmnolak. Hal ini isbabkan karna proton mmiliki muatan sjnis ngan proton lain-katakanlah brmuatan listrik positip an mikian juga intraksi antar lktron yang iirikan ngan muatan listrik-katakanlah ngatif. Sbaliknya, trjai intraksi tarik-mnarik antara proton an lktron, karna mrka brba muatan. Intraksi lktromagntik paa mulanya juga ipahami sara trpisah sbagai intraksi listrik an intraksi magntik. Knyataannya, kuanya mrupakan ua aspk ari satu sifat matri, yakni muatan listrik. Smntara muatan listrik yang iam rlatif trhaap pngamat hanya mnimbulkan man listrik, pngamat mnimbulkan man listrik an man magntik-man lktromagntik. Intraksi lktromagntik yang iformulasikan olh Maxwll brasarkan simtri prmasalahan yang tlah ilakukan Faraay. Karya Faraay mnunjukkan bahwa prubahan man magnt trhaap waktu mnimbulkan man listrik, sangkan karya Maxwll mnunjukkan bahwa prubahan man listrik trhaap waktu mnimbulkan man magnt. Dari formulasi intraksi lktromagntik Maxwll, apat ipriksi aanya glombang lktromagntik yang mnjalar ngan kpatan ahaya. Kbraaan glombang lktromagntik ibuktikan sara ksprimntal olh Hrtz, mmiliki banyak pnrapan alam tknologi morn, misalnya glombang raio. Ini salah satu bukti ktrkaitan rat antara fisika toritik ngan tknologi.

10 ..4 Intraksi Lmah Intraksi lmah brpran alam korksi susunan inti atom. Inti atom yang trsusun ari sjumlah proton an sjumlah nutron ngan prbaningan yang tak harmonis akan brusaha mnapatkan komposisi yang proporsional ngan mlakukan pluruhan partikl bta. Formulasi intraksi lktrolmah (sintsa intraksi lktromagntik an intraksi lmah) olh Salam, Winbrg, Glashow mnyatakan bahwa, paa asarnya tak aa prbaan mnasar antara partikl intraktif lktromagntik (foton) an partikl intraktif nuklir lmah (boson maya) paa tingkat nrgi tinggi; mskipun paa tingkat nrgi rnah, foton an boson maya tampak brba. Fnomna ini iknal sbagai prusakan simtri srta mrta (spontanous symmtry braking). Kbnaran tori Salam, Winbrg, Glashow trbukti sara ksprimntal ngan itmukannya partikl intraksi lmah yang imban olh boson maya W, W an Z. Intraksi lmah trjai paa banyak pluruhan sprti pluruhan raioaktif, pluruhan pion an muon an sjumlah pross pluruhan lainnya. Intraksi lmah hanya trjai paa pluruhan yang tiak brsifat mmnuhi hukum kkkalan paritas. Intraksi ini trjai paa jarak 8 m. Brikut ini akan ijlaskan prbaningan bsarnya intraksi yang trjai untuk masing-masing intraksi yang itulis brurut; intraksi kuat : intraksi lktromagntik : intraksi lmah : intraksi gravitasi aalah : : : 9. Intraksi Tabl.5 Prbaningan Intraksi Dasar Partikl pntransmisi Sumbr Jarak Gravitasi Graviton Massa Elktromagntik Foton Muatan listrik 5 Kuat Gluon Muatan warna Lmah W 8, Z Muatan lmah

11 . Hukum Kkkalan Dalam analisis kita trhaap brbagai gjala fisika, kita tlah mnggunakan hukum kkkalan nrgi, momntum linar, an momntum suut. Kita yakin bahwa ktiganya brsifat mutlak an tiak trlanggarkan. Smua raksi an pluruhan partikl lmntr tampaknya mmatuhi hukum-hukum kkkalan an aturan-aturan slksi trtntu. Trmasuk i alamnya hukum-hukum kkkalan yang lazim bagi: a. nrgi massa b. momntum linar. muatan yang brlaku untuk smua intraksi, apakah prossnya brlangsung i bawah intraksi kuat, lmah atau gravitasi. Kkkalan jumlah proton an nutron apat itafsirkan sbagai bntuk lain kkkalan muatan lktrik. Kua hukum kkkalan bagi brbagai pross inti ini bkrja ukup baik, kuali jika kita mnrapkannya paa pluruhan bta. Sbagai ontoh, pluruhan n p (.) tiak mmatuhi kkkalan jumlah proton maupun nutron. Ttapi, pluruhan ini kkkalan jumlah nutron tambah proton, yang alam pross pluruhan i atas aalah satu paa kua blah ruasnya. Dngan mikian, kita apat mngatakan bahwa smua pluruhan an raksi inti taat asas trhaap hukum kkkalan muatan lktrik an jumlah nuklon... Kkkalan Lpton Khairan lktron stlah trjai pluruhan bta juga mnimbulkan masalah ari suut panang hukum kkkalan. Bbrapa hukum kkkalan atau aturan slksi lainnya apat brlaku juga bagi bilangan-bilangan kuantum lainnya, sprti bilangan lpton. Elktron an nutrino mmiliki bilangan lpton +, sangkan positron an antinutrino, -. proton an nutron mmiliki bilangan lpton nol. Dngan mikian,

12 pross pluruhan i atas mmiliki bilangan lpton nol i ruas kiri an kanan. Bilangan lpton untuk lktron an nutrinonya ( ) an juga bilangan lpton untuk mson- an nutrinonya ( ), masing-masing sara trpisah aalah kkal alam smua pross. Tabl.6 Bilangan Lpton partikl L L (.4) L : + + L : Kkkalan Baryon Bilangan baryon ifnisikan brnilai + untuk partikl-partikl baryon, - untuk antipartikl baryon, an untuk smua partikl lain. Untuk pross pluruhan atau raksi apa saja, bilangan baryon ini juga kkal. Contoh hukum kkkalan ini aalah: n p (.5) B : + +

13 .. Kkkalan Strangnss Walau kita suah mmasukkan bilangan kuantum L an B aspk trtntu ari klakuan partikl lmntr blum apat iprhitungkan. Misalnya, kaon an hypron tiak prnah tripta sara tunggal, ttapi slalu ua atau lbih stiap kali. Hal ini an prtimbangan lain mlahirkan pngrtian bilangan kanhan S. Kuark yang mmiliki bilangan kanhan (S) hanya kuark anh (s) ngan nilai S = - an antikuark anh bilangan kanhannnya S =. Slain kuark anh, kuark yang lain mmiliki nilai S =. Diapatkan bahwa S kkal alam smua pross yang brlangsung mlalui intraksi kuat an lktromagntik. Kaon an hypron yang mmiliki S, tripta alam tumbukan nrgi tinggi yang brkaitan ngan intraksi kuat, an kmunulannya yang banyak kali brhubungan ngan kprluan ipnuhinya kkkalan S. Suatu ontoh sprti itu aalah alam tumbukan proton-proton. p p K p S : - (.6) Di pihak lain, S apat brubah alam kjaian yang iatur olh intraksi lmah. Pluruhan kaon an hypron brlangsung mlalui intraksi lmah, shingga brlangsung alam waktu sangat lambat. Namun, walaupun intraksi lmah, tiak iijinkan prubahan S lbih ari alam suatu pluruhan. Jai hypron mluruh langsung mnjai nutron, karna tiak n (.7) S : - - ttapi, mlalui ua langkah S : - - (.8) n (.9) S : - Salah satu ontoh kkkalan strangnss alam pross kuat aalah (.) p K S : - +