Dunia Pararel - Michio Kaku [#111]

Bagian 2 : Multiverse > Bab 9 Mencari Gema Dari Dimensi Kesebelas

Akselerator Meja

Dengan LHC, fisikawan lambat-laun mendekati batas atas energi yang bisa dicapai dengan akselerator generasi masa kini, yang kini mengerdilkan banyak kota modern dan berbiaya miliaran dolar. Mereka begitu besar sehingga hanya konsorsium besar negara-negara yang sanggup menjangkaunya. Dibutuhkan wangsit dan prinsip gres kalau kita hendak menekan rintangan yang dihadapi akselerator konvensional. Piala suci untuk fisikawan partikel ialah membuat akselerator “meja” yang sanggup menghasilkan sorot dengan energi miliaran eV dengan ukuran dan biaya jauh lebih kecil dibanding akselerator konvensional.

Untuk memahami permasalahan, bayangkan sebuah perlombaan estafet, di mana para pelari tersebar di sekeliling jalur lari bulat yang sangat besar. Para pelari bertukar tongkat selagi berlomba mengelilingi jalur. Nah bayangkan setiap kali tongkat diserahkan dari satu pelari ke pelari lainnya, para pelari itu menerima ledakan energi tambahan, sehingga mereka berlari berturut-turut secara lebih cepat di sepanjang jalur.

Ini serupa dengan akselerator partikel, di mana tongkat terdiri dari sorot partikel subatom bergerak mengelilingi jalur sirkuler. Setiap kali sorot dilontarkan dari satu pelari ke pelari lain, sorot tersebut mendapatkan suntikan energi frekuensi radio (RF), mengakselerasinya sehingga lebih cepat. Beginilah akselerator partikel dibangun selama separuh era terakhir. Permasalahan akselerator partikel konvensional ialah bahwa kita sedang mencapai batas energi RF yang bisa dipakai untuk menggerakkan akselerator.

Untuk memecahkan permasalahan ini, ilmuwan melaksanakan eksperimen pemompaan energi ke sorot dengan cara yang sama sekali berbeda, menyerupai dengan sinar laser kuat, yang kekuatannya tumbuh secara eksponensial. Keunggulan sinar laser ialah bahwa ia bersifat “koheren”—yakni, semua gelombang cahayanya bervibrasi persis secara berbarengan, memungkinkannya untuk menghasilkan sinar yang luar biasa kuat. Hari ini, sinar laser sanggup membangkitkan ledakan energi yang memuat daya triliunan watt (terrawatt) dalam waktu yang singkat. (Kontrasnya, pembangkit listrk tenaga nuklir hanya membangkitkan daya semiliar watt saja, tapi pada laju tetap.) Laser yang membangkitkan hingga seribu triliun watt (satu quadriliun watt, atau satu petawatt) kini tersedia.

Akselerator laser bekerja menurut prinsip berikut. Sinar laser cukup panas untuk membuat gas plasma (sekumpulan atom terionisasi), yang lalu bergerak pada kecepatan tinggi dalam osilasi menyerupai gelombang, menyerupai gelombang pasang. Kemudian sorot partikel subatom “menyelancar” jaluran ombak yang dihasilkan oleh gelombang plasma ini. Dengan menyuntikkan lebih banyak energi laser, gelombang plasma bergerak pada kecepatan lebih tinggi, mendorong sorot partikel yang berselancar di atasnya. Baru-baru ini, dengan menembakkan laser 50 terrawatt ke sasaran padat, para ilmuwan di Rutherford Appleton Laborator, Inggris, menghasilkan sorot proton yang muncul dari sasaran bermuatan energi hingga 400 juta eV dalam tubrukan collimated beam (sorot paralel). Di École Polytechnique, Paris, fisikawan telah mengakselerasi elektron hingga 200 juta eV hingga jarak satu milimeter.

Akselerator partikel yang diciptakan sejauh ini berukuran kecil sekali dan tidak cukup tangguh. Tapi untuk sementara anggap saja bahwa akselerator ini sanggup dinaikkan supaya beroperasi tidak hanya hingga jarak satu milimeter tapi satu meter. Dengan begitu, ia akan sanggup mengakselerasi elektron hingga 200 giga eV hingga jarak satu meter, memenuhi harapan akselerator meja. Tonggak bersejarah lainnya tercapai pada 2001, dikala fisikawan di SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) bisa mengakselerasi elektron hingga jarak 1,4 meter. Bukannya menggunakan sinar laser, mereka membuat gelombang plasma dengan menyuntikkan sorot partikel bermuatan. Walaupun energi yang dicapai rendah, itu menunjukkan bahwa gelombang plasma sanggup mengakselerasi partikel hingga jarak satu meter.

Kemajuan dalam bidang penelitian menjanjikan ini luar biasa pesat: energi yang dicapai oleh akselerator-akselerator ini tumbuh sebesar faktor 10 setiap lima tahun. Dengan laju ini, prototipe akselerator meja mungkin sudah dalam jangkauan. Jika berhasil, itu mungkin akan membuat LHC terlihat menyerupai dinosaurus terakhir. Walaupun menjanjikan, tentu saja terdapat banyak rintangan yang dihadapi akselerator meja semacam itu. Seperti peselancar yang “mengganyang” menunggangi gelombang lautan berbahaya, mempertahankan sorot semoga menunggangi gelombang plasma secara benar ialah sesuatu yang sulit (permasalahannya mencakup penekanan sorot dan pemeliharaan stabilitas dan intensitasnya). Tapi tak ada dari permasalahan ini yang rasanya tak bisa diatasi.

Masa Depan

Terdapat beberapa kemungkinan dalam mengambarkan teori string. Edward Witten menyimpan harapan bahwa, pada jenak big bang, alam semesta mengembang begitu pesat sehingga mungkin sebuah string mengembang bersamanya, meninggalkan string berukuran besar yang melayang di ruang angkasa. Dia merenungkan, “Walaupun agak fantastis, ini merupakan skenario favorit saya untuk mengkonfirmasikan teori string, lantaran tak ada yang akan menjawab informasi tersebut secara sungguh dramatis dibanding melihat string dengan teleskop.”

Brian Green mendaftarkan lima kemungkinan pola data eksperimen yang sanggup mengkonfirmasikan teori string atau setidaknya memberinya kredibilitas:

1. Massa kecil neutrino sanggup ditetapkan secara eksperimen, dan teori string mungkin menjelaskannya.

2. Pelanggaran kecil Standard Model yang melanggar fisika partikel titik sanggup ditemukan, menyerupai peluruhan partikel subatom tertentu.

3. Gaya jarak jauh gres (selain gravitasi dan elektromagnetisme) sanggup ditemukan secara eksperimen, yang akan mengisyaratkan pilihan tertentu atas manifold Calabi-Yau.

4. Partikel dark matter sanggup ditemukan di laboratorium dan diperbandingkan dengan teori string.

5. Teori string mungkin bisa mengkalkulasi jumlah dark energy di alam semesta.

Pandangan saya sendiri ialah bahwa verifikasi teori string mungkin sepenuhnya tiba dari matematika murni, ketimbang eksperimen. Karena teori string diduga merupakan theory of everything, semestinya ia ialah teori ihwal energi sehari-hari serta energi kosmik juga. Dengan demikian, kalau kita nantinya bisa memecahkan teori ini sepenuhnya, kita semestinya bisa mengkalkulasi sifat/atribut objek-objek biasa, bukan hanya objek eksotis yang ditemukan di angkasa luar. Contoh, kalau teori string sanggup mengkalkulasi massa proton, neutron, dan elektron dari prinsip pertama, ini akan menjadi pencapaian besar pertama. Dalam semua model fisika (kecuali teori string), massa partikel-partikel familiar ini diselipkan oleh tangan [bukan berdasar eksperimen]. Kita tak memerlukan LHC, dalam beberapa hal, untuk memverifikasi teori tersebut, lantaran kita sudah mengetahui massa banyak partikel subatom, yang kesemuanya semestinya ditetapkan oleh teori string tanpa parameter yang bisa disetel-setel.

Sebagaimana Einstein katakan, “Saya yakin kita sanggup menemukan, dengan menggunakan konstruksi matematis murni, konsep dan hukum...yang menyediakan kunci menuju pemahaman atas fenomena alam. Pengalaman mungkin menyiratkan konsep matematis yang cocok, tapi konsep tersebut hampir niscaya tidak sanggup disimpulkan darinya... Dalam hal tertentu, karenanya, saya beranggapan bahwa fatwa murni bisa memahami realitas, sebagaimana diimpikan oleh orang-orang di masa lampau.”

Jika benar, maka barangkali teori-M (atau teori apa pun yang kesannya membawa kita kepada teori gravitasi quantum) akan memungkinkan dilakukannya perjalanan memilih bagi semua makhluk cerdik di alam semesta, lari dari alam semesta sekarat kita triliunan tahun kelak menuju rumah baru.