Mengais Debu Dari Big Bang hingga Fermilab

Andri Sofyan Husein

“Kelak diharapkan bisa direalisasikan satu teori tunggal yang bisa menjelaskan aneka fenomena alam dari proses pada partikel elementer sampai proses yang melibatkan materi berskala besar semacam galaksi dalam sistem tata surya kita”

selama ini kami melakukan riset di bidang Fisika Energi Tinggi atau biasa disebut sebagai Fisika Partikel, terutama melakukan kajian teoritik atas berbagai fenomena yang terjadi pada partikel elementer pembentuk materi. Sejak awal berkarier sebagai peneliti, penelitian kami terfokus pada sub-bidang flavour-physics, yaitu yang menyangkut beragam jenis kuark yang merupakan salah satu partikel pembentuk materi paling elementer yang diketahui manusia saat ini.

Dengan ditemukannya kuark top pada tahun 1998, saat ini keberadaan 6 jenis kuark yang diprediksi oleh fisikawan teoritik sejak 20 tahun lalu telah teruji kebenarannya. Prediksi ini merupakan salah satu bagian dari teori Model Standar yang telah berhasil menjelaskan hampir semua fenomena pada Fisika Energi Tinggi yang diketahui. Namun ada satu bagian dari teori ini yang belum teruji secara eksperimental, yaitu prediksi adanya partikel bertipe skalar dengan nama Higgs. Keberadaan partikel Higgs ini secara teoritis memegang peranan sangat penting dalam kerangka teori Model Standar. Terutama partikel ini terkait erat dengan dua partikel kuark terberat, yaitu kuark bottom dan kuark top.

Salah satu konsekuensi utama adalah adanya fenomena CP violation akibat interaksi tak langsung antara kuark top dan bottom dengan partikel Higgs. Sejauh ini fenomena CP violation ini belum bisa dideteksi oleh eksperimen. Diharapkan dengan adanya fasilitas eksperimen pemercepat bertajuk B-factory, misteri CP violation ini bisa diuji keberadaannya. B-factory ini sudah selesai dibangun antara lain di Tsukuba, DESY di Hamburg serta SLAC di Stanford dan Fermilab.

Oleh karena itu, selama kami di Tsukuba dan Hamburg berperan untuk memberikan dukungan dari aspek teoritik kepada para eksperimentalis. Hal ini sangat penting mengingat eksperimen di bidang Fisika Energi Tinggi membutuhkan biaya yang besar. Sehingga diperlukan petunjuk teoritik untuk menentukan arah eksperimen sejak awal. Dalam hal ini kami bersama beberapa kolaborator, memberikan kontribusi yang signifikan melalui beberapa karya ilmiah. Bahkan dua diantaranya merupakan the most cited paper in the field sampai saat ini.

Selain kontribusi pada bidang terkait dengan kuark bottom, kami secara independen juga mengajukan proposal teoritik untuk mengkaji CP violation yang terkait dengan kuark top [8,9,10]. Karya ilmiah ini merupakan ide orisinil kami yang mulai mendapatkan perhatian komunitas fisika energi tinggi. Meski secara eksperimental saat ini eksperimen dengan kuark top masih sulit direalisasikan akibat massa kuark top yang sangat besar, yaitu lebih kurang 35 kali massa kuark bottom, namun kajian teoritik ini diyakini sangat penting untuk eksperimen pada dekade mendatang.

Selain itu sejak dua tahun terakhir kami juga mencoba melakukan kajian teoritik pada sub-bidang neutrino [1,2,6]. Tema penelitian ini sangat penting saat ini karena neutrino merupakan satu-satunya partikel elementer yang bermassa mendekati nol dan merupakan partikel bebas yang ada di alam semesta.

Ini yang menyebabkan neutrino menjadi penghubung antara fisika partikel dengan astrofisika sehingga muncul sub-bidang baru astropartikel. Sehingga kelak diharapkan bisa direalisasikan satu teori tunggal yang bisa menjelaskan aneka fenomena alam dari proses pada partikel elementer sampai proses yang melibatkan materi berskala besar semacam galaksi dalam sistem tata surya kita.

Dalam melakukan penelitian, secara prinsip kami melakukan kolaborasi dengan sebanyak mungkin kolega. Seperti bisa dilihat pada daftar publikasi, kolaborator kami berasal dari beragam institusi dan negara (Jepang, Korea Selatan, Jerman, Cina, Belgia, Pakistan dan Kanada).

Selain kegiatan yang sepenuhnya berupa penelitian seperti tersebut diatas, terutama sejak kepulangan kami ke tanah air, kami juga turut serta dalam kegiatan pendidikan dan pengajaran di perguruan tinggi. Khususnya saat ini kami diberi kesempatan untuk memberikan mata kuliah lanjutan Mekanika Kuantum dan Teori Medan di Jurusan Fisika FMIPA serta Program Pasca Sarjana Universitas Indonesia. Terkait dengan hal ini, program penelitian kami dilakukan bersama-sama dengan beberapa mahasiswa tugas akhir S1 maupun S2. Sebagai salah satu penunjang proses pembentukan calon akademisi, seluruh mahasiswa S1 kami programkan untuk memiliki pengalaman mengikuti Short Course (umumnya satu bulan) di luar negeri terutama Summer School di ICTP Trieste dan TASSI di Eropa. Selanjutnya pada program S2 ditargetkan untuk memiliki publikasi regular di jurnal internasional. Hal ini penting sebagai bekal mendapatkan beasiswa reguler untuk jenjang S3 di luar negeri. Sebagai konsekuensi dari program ini, kami hanya mampu menerima 2 mahasiswa per-tahun (1 untuk S1 dan 1 untuk S2). Tetapi program pembimbingan bisa berjalan dengan sangat efektif, dan mahasiswa-mahasiswa tersebut benar-benar memiliki bekal dan motivasi kuat sebagai calon akademisi di bidang fisika teoritik yang mampu bersaing secara global.

Di sela-sela kegiatan penelitian dan pendidikan formal di atas, kami meluangkan waktu untuk membantu kegiatan organisasi profesi di tanah air. Khususnya saat ini kami mempelopori penerbitan jurnal ilmiah secara online guna mengatasi aneka kendala di dalam komunitas fisika. Sejauh ini program ini telah mulai menampakkan hasilnya, yaitu secara nyata mampu memecahkan masalah laten terkait dengan publikasi ilmiah di tingkat nasional.

Keterangan:

• Kuark : partikel sub atomik yang terdiri dari 6 jenis, kuark top, down, bottom, up, charm, strange.
• Partikel Hinggs : salah satu jenis partikel elementer yang masih diteliti keberadaanya, merupakan bagian dari teori model standar.
• Fenomena CP violation : ketidakkekalan atas transformasi charge dan parity.
• Skala B-factor : skala energi dimana eksperimen dilakukan, yaitu sekitar 5 GeV.
• Model Standar : model yang sudah dibangun untuk menyatukan gaya elektromegnetik, lemah dan kuat.
• Teori Super Unitary (SU) : variasi teori dari teori string (dawai).
• Super String : adalah salah satu dari alternatif teori untuk menyatukan 4 gaya lemah, kuat, elektromagnetik dan gravitasi).

Sumber : Natura X (2004), Fisika UNILA