Model Standar Fisika Partikel

Waktu SD, guruku bilang atom adalah partikel paling kecil. Aku percaya saja karena dia guruku dan aku masih ingusan. Waktu SMP, guruku bilang di dalam atom ada neutron, proton, dan elektron. Dengan kata lain atom bukanlah partikel terkecil. Aku mulai bingung walaupun akhirnya aku percaya. Nah, waktu aku SMA guruku bilang neutron dan proton terbentuk dari quark. Sehingga, neutron dan proton bukanlah partikel terkecil. Di situ saya kadang merasa mabok dan bingung. Siapa yang jujur di antara ketiga guru tersebut? Jawabannya: guru SMA. Partikel yang tidak dapat dibelah lagi di dalam dunia fisika dikenal sebagai elementary particles (partikel dasar) yang disusun dalam model standar fisika partikel.

Model standar fisika partikel mengkategorikan partikel dasar menjadi tiga kelompok. Quark (6), lepton (6), dan boson (5). Kita cuma perlu ke-17 partikel ini untuk membentuk seluruh objek di alam semesta (iya benar, termasuk manusia). Partikel-partikel ini memiliki karakteristik tersendiri yang ditentukan dengan:

• Charge (Muatan)
• Nomor baryon
• Nomor lepton
• Strangeness (Keanehan)
• Spin (Putaran)
• Color (Warna) 
• Massa

1. Quark

Quark adalah salah satu partikel dasar yang menjadi 'batu bata' dari setiap elemen. Ada enam jenis quark: up, down, charm, strangeness, top, dan bottom. Proton dibentuk dari 3 quark; up,up,down. Hal ini dikarenakan oleh jumlah dari muatan dua quark up dan satu quark down sama dengan +1, yang sebagaimana kita tau adalah muatan proton. Sementara neutron terbentuk juga dari 3 quark namun dengan komposisi down,down,quark. Komposisi ini akan menghasilkan jumlah muatan sama dengan 0. Penemuan quark sendiri bukanlah melalui pengamatan, tapi melalui logika. Salah satu hal yang menghambat quark untuk ditemukan secara individu adalah peristiwa quark confinement. Bahkan, keberadaan quark sendiri ditentukan oleh prediksi para pakar fisika berdasarkan hasil eksperimen. 

2. Lepton

Lepton juga merupakan 'batu bata' untuk membentuk alam semesta. Namun, batu bata yang ini 'merknya' lain, sehingga para pakar fisika harus membentuk kelompok untuk golongan mereka. Sejauh ini, lepton bermuatan listrik ada tiga; elektron (iya, ini elektron yang ada di dalam atom), muon, dan tau. Masing-masing dari mereka memiliki neutrino yang tidak mempunyai muatan. Sehigga total lepton semuanya ada 6. 

3. Boson

Boson adalah virtual particle (parikel mediasi) yang dapat ditemukan di setiap interaksi antar partikel. Interaksi elektromagnetik dimediasi oleh photon, peluruhan beta minus dimediasi oleh W+/- dan Z0, dan interaksi gaya nuklir kuat dimediasi oleh gluon. Coba lihat diagram boson di atas. Kenapa boson Higgs warna kotaknya kuning? Boson Higgs baru ditemukan pada tahun 2012 dan hingga saat ini statusnya sebagai boson masih diperdebatkan oleh para fisikawan. 

Gaya Fundamental

Gaya fundamental adalah empat jenis gaya yang disetujui oleh pakar fisika sebagai gaya yang mempengaruhi bagaimana setiap objek, baik dari skala kuantum hingga skala alam semesta bekerja. Setiap gaya memiliki aturan tersendiri, mengakibatkan efek tertentu dengan partikel tertentu pula. Keempat gaya fundamental tersebut adalah:

1. Elektromagnetik

Gaya elektromagnetik menjelaskan bagaimana partikel-partikel yang memiliki muatan berinteraksi. Partikel dengan muatan sejenis akan saling menolak dan sebaliknya, partikel dengan muatan yang berbeda akan saling tarik menarik. Interaksi antarpartikel bermuatan yang diakibatkan oleh gaya elektromagnetik dimediasi oleh exchange particle bernama photon. Dibandingkan dengan gaya fundamental lainnya, gaya elektromagnetik memiliki kekuatan terkuat kedua setelah gaya nuklir kuat dan memiliki cakupan jangkauan tak terhingga. Ini berarti partikel bermuatan listrik pada ujung alam semesta juga terpengaruhi oleh partikel bermuatan listrik di bumi. Namun efeknya sangat tidak signifikan. 

2. Gravitasi

Ini gaya bisa dibilang anaknya Isaac Newton karena memang dia yang mengajukkan teori ini pertama kali. Gaya gravitasi menjelaskan bagaimana dua objek saling tarik menarik pada suatu dimensi. Objek tersebut tidak harus hanya planet, asteroid, ataupun objek luar angkasa lainnya, gaya ini mempengaruhi seluruh partikel yang memiliki energi atau massa. Bahkan kamu dan laptop atau smartphonemu saat ini memiliki gaya gravitasi di antara keduanya. Namun besar gaya tersebut sangatlah kecil sehingga laptop atau smartphonemu tidak akan tertarik ke wajahmu. (cewe matre yang tertarik dengan muka orang tampan bukanlah contoh gravitasi) Gaya gravitasi berbanding lurus dengan massa kedua objek yang terlibat dan berbanding terbalik dengan jarak kuadrat antara kedua objek tersebut. Dibandingkan dengan gaya fundamental lainnya, gravitasi adalah yang paling lemah. Cakupan gravitasi tidak terhingga, sama seperti elektromagnetik. Gaya gravitasi dimediasi oleh exchange particle yang bernama graviton yang hingga saat ini masih diperdebatkan keberadaannya. 

3. Gaya Nuklir Lemah

Gaya nuklir lemah adalah gaya yang bertanggung jawab atas peluruhan radioaktif beta, baik itu beta minus ataupun beta plus. Peluruhan radioaktif beta dipengaruhi oleh jumlah neutron di dalam suatu nukleus dan dapat ditentukan oleh garis kestabilan unsur. Jika terlalu banyak neutron, maka akan terjadi peluruhan beta minus. Dan sebaliknya, terlalu sedikit neutron akan mengakibantkan peluruhan beta plus. Interaksi yang diakibatkan oleh gaya ini dimediasi oleh boson W+ (omega plus), W-, dan Z0. Gaya ini memiliki kekuatan terlemah kedua setelah gravitasi dan memiliki jangkauan yang pendek. 

4. Gaya Nuklir Kuat

Model atom Bohr menyatakan bahwa inti atom (nukleus) terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Rutherford melalui kalkulasinya menyatakan bahwa ukuran nukleus sama dengan 10,000 kali lebih kecil dibandingkan dengan ukuran atom itu tersendiri. Secara deduktif, proton dan neutron di dalam inti atom tentu sangat terikat dan, tunggu, ... eh tapi kan proton satu dengan proton yang lainnya di dalam inti atom harusnya saling tolak menolak karena mereka bermuatan sejenis? Tapi ini tidak terjadi karena adanya gaya nuklir kuat di dalam inti atom. Cakupan gaya nuklir kuat sangatlah pendek namun gaya ini adalah yang terkuat di antara ketiga gaya fundamental lainnya. Gaya ini dimediasi oleh gluon.