Di artikel ini
- Ukuran CERN Saat Ini
- Batasan Ukuran CERN Saat Ini
- Keinginan Ilmuwan untuk Membangun Accelerator yang Lebih Besar
- Beberapa Calon Lokasi Accelerator Baru yang Lebih Besar
- Tantangan Membangun Accelerator Raksasa
- Keuntungan Potensial Accelerator Baru
- Partikel atau Fenomena Apa yang Bisa Ditemukan?
- Kendala Teknis Accelerator Energi Tinggi
- Dampak Accelerator Baru pada Penelitian Fisika Partikel
Organisasi European Organization for Nuclear Research atau yang dikenal dengan CERN adalah laboratorium fisika partikel terbesar di dunia yang berlokasi di perbatasan Prancis dan Swiss. CERN memiliki sebuah accelerator partikel raksasa bernama Large Hadron Collider (LHC) dengan panjang 27 km dan berada 100 meter di bawah tanah.
LHC digunakan untuk mengakselerasikan proton hingga kecepatan mendekati cahaya dan membenturkan proton tersebut satu sama lain. Tujuannya adalah untuk mensimulasikan kondisi alam semesta dini sesaat setelah Big Bang terjadi. Dengan mempelajari hasil tumbukan proton di LHC, para ilmuwan berharap bisa memahami asal muasal alam semesta dan hukum fisika yang mengaturnya.
Ukuran CERN Saat Ini
Diameter terowongan LHC mencapai 3,7 meter sedangkan panjang keseluruhan terowongannya mencapai 27 km. Proton yang dipercepat di LHC bisa mencapai energi hingga 13 TeV (1 TeV = 1000 GeV). Pada kondisi ini, proton bergerak mendekati kecepatan cahaya dengan 11.000 putaran per menit di dalam terowongan LHC.
| Spesifikasi | Nilai |
|---|---|
| Diameter Terowongan | 3,7 m |
| Panjang LHC | 27 km |
| Energi Maksimal Proton | 13 TeV |
| Kecepatan Proton | Mendekati cahaya |
Batasan Ukuran CERN Saat Ini
Meski merupakan mesin partikel terbesar di dunia saat ini, ukuran dan energi LHC masih terbatas. Keterbatasan energi LHC membuat para ilmuwan tidak bisa meneliti partikel-partikel eksotis dengan massa yang sangat besar seperti partikel supersimetri.
“That totally depends on what kind of design is used. In general there are two kinds of accelerators in various stages of planning:
Precision accelerators would for example collide electrons to study other particles like the Higgs with very high precision (since you don’t have a whole bunch of side products flying around). This would be of immense interest to confirm or disprove things like electroweak vacuum instability, which in turn would have massive implications regarding the future of the universe.”
Keinginan Ilmuwan untuk Membangun Accelerator yang Lebih Besar
Melihat keterbatasan CERN, banyak ilmuwan berangan-angan untuk membangun mesin akselerator partikel generasi berikutnya yang jauh lebih besar dari LHC. Alasan utamanya tentu saja adalah untuk bisa meraih energi tumbukan yang lebih tinggi sehingga partikel-partikel baru yang lebih berat bisa dihasilkan dan dipelajari.
“The second type of accelerator would be a discovery machine. It would smash together heavy particles like protons, which are much more messy, but also enable higher energy collisions. This can be used to actually find new heavy particles or fields, which in turn could be a major stepping stone on the road to explaining dark matter.”
Beberapa Calon Lokasi Accelerator Baru yang Lebih Besar
Beberapa lokasi yang tengah dipertimbangkan untuk pembangunan accelerator partikel generasi berikutnya di antaranya Cina, Jepang, dan Amerika Serikat. Masing-masing lokasi punya keunggulan tersendiri baik dari sisi anggaran maupun dukungan pemerintah setempat.
Tantangan Membangun Accelerator Raksasa
Membangun mesin akselerator partikel dengan skala jauh lebih besar tentu tidak semudah membalik telapak tangan. Dibutuhkan lahan yang sangat luas, teknologi terdepan, dan dana yang fantastis.
Menurut perkiraan, biaya pembangunan bisa mencapai miliaran atau bahkan puluhan miliar dolar AS. Selain itu juga tantangan teknis seperti bagaimana membuat medan magnet yang sangat kuat dan seragam di sepanjang terowongan berpuluh-puluh kilometer.
Keuntungan Potensial Accelerator Baru
Jika tantangan-tantangan tersebut berhasil diatasi, accelerator partikel generasi berikutnya yang jauh lebih besar bisa memberikan lompatan besar dalam pemahaman ilmu pengetahuan tenatang alam semesta.
“Both designs have their benefits and drawbacks and it’s not clear right now which one should be the goal. It might also change if the LHC or another experiment discovers something new.”
Partikel-partikel baru yang selama ini hanya ada dalam teori bisa ditemukan secara langsung. Selain itu, accelerator baru juga bisa memberikan petunjuk penting untuk menjawab misteri alam semesta seperti materi gelap dan energi gelap.
Partikel atau Fenomena Apa yang Bisa Ditemukan?
Beberapa partikel atau fenomena eksotis yang bisa ditemukan dengan accelerator partikel generasi berikutnya di antaranya:
- Partikel supersimetri
- Dark matter
- Extra dimension
- Electroweak vacuum instability
- Unsur dasar baru
- Komposit Higgs
“It would be able to make the particles move faster, leading to higher energy collisions. This would allow heavier particles to be created as a result of those collisions, assuming such particles exist.”
“A popular theory at the moment is Supersymmetry, which says that every particle we know about has a corresponding ‘super-partner’ that is much heavier. The LHC at CERN has been able to reach the energies required to create particles at the lower end of super-partner mass estimates, but nothing has been found. A larger accelerator would be able to test for the existence of particles at the higher mass estimates.”
Kendala Teknis Accelerator Energi Tinggi
Ada sejumlah tantangan teknis yang harus diatasi untuk membangun mesin akselerator partikel berskala raksasa dengan energi sangat tinggi, di antaranya:
- Medan magnet yang jauh lebih kuat dibutuhkan untuk membelokkan partikel berenergi tinggi
- Pendinginan kabel bertegangan tinggi agar tidak meleleh
- Stabilitas dan presisi beam partikel harus terjaga
- Instrumentasi dan detektor partikel presisi tinggi
- Teknologi vakum ultra tinggi
- Komputasi big data dan pemrosesan data ekstrim
Dampak Accelerator Baru pada Penelitian Fisika Partikel
Dengan dibangunnya accelerator partikel berskala raksasa berenergi ekstrim, penelitian fisika partikel dan pemahaman kita tentang alam semesta bisa naik ke tingkat yang sama sekali baru.
Berbagai teori fisika fundamental yang selama ini hanya bersifat spekulasi bisa diuji secara langsung. Selain itu, kemungkinan penemuan partikel dan fenomena baru sangat terbuka lebar, yang berpotensi merevolusi pemahaman ilmu pengetahuan saat ini.
