Si Pemalu Yang Amat Menonjol! - Neutrino -

Rajah 1

Letupan supernova SN 1987a yang berlaku di nebula Tarantula berada sejauh 160,000 tahun cahaya dari bumi. (1 tahun cahaya = 9.46 trilion kilometer). Walaupun terletak sangat jauh, neutrino hasil dari letupan tersebut telah dipecut sehingga tiba ke bumi!

Saya kembali lagi dengan cerita terbaru, ini merupakan entri kedua saya dalam blog ini, saya tidak pasti samada entri pertama saya mampu difahami oleh pembaca atau tidak kerana saya mempunyai kesukaran untuk menulis dan menyusun ayat ke bahasa ibunda ini kerana agak sukar mencari istilah-istilah yang bersesuaian. Jika dilihat pada entri saya kali ini pasti ramai yang tidak dapat menangkap cerita disebaliknya. Tetapi mungkin ini merupakan salah satu sebab untuk para pembaca setia membaca entri-entri terbaru dari kami.

Saya pasti ramai yang masih ingat dengan entri pertama saya mengenai neutrino. Saya ada nyatakan bahawa neutrino adalah zarah neutral yang mempunyai jisim (pada asalnya mempunyai jisim sifar tetapi Superkamiokande berjaya mengesan jisim neutrino hasil dari ayunan neutrino tersebut, walaupun ia merupakan cara yang tidak langsung untuk mengesan jisim neutrino!) Disini saya ingin mengambil peluang untuk menerangkan antara maksud sifar dan kosong. Sifar adalah nilai sesuatu ukuran manakala kosong adalah merujuk kepada ruang, jadi jika anda mengatakan foton mempunyai jisim kosong maknanya anda sudah melakukan satu kesilapan, jisim dan ruang adalah dua kuantiti yang berbeza. Berbalik pada neutrino, ayunan neutrino ini sangat penting dalam Astrofizik dan Kosmologi.

Di sini, saya ingin terangkan hasil penyelidikan saya selama setahun mengenai ayunan neutrino dan kesan ayunan tersebut kepada neutrino. Kita mengetahui bahawa, neutrino dihasilkan secara banyak semasa letupan besar. Disebabkan neutrino mempunyai jisim maka ia akan mengayun dan seterusnya akan menyebabkan neutrino akan kehilangan tenaga semasa ayunan berlaku. Beberapa saat selepas berlakunya letupan besar, zarah-zarah seperti lepton, quark dan juga foton terhasil. Neutrino yang merupakan ahli keluarga lepton terhasil dengan banyaknya dan apabila neutrino terselerak akibat dari pelanggaran (kenyal) dengan zarah-zarah lain, mempunyai daya lemah dan seterusnya menyebabkan ia berinteraksi dengan elektron-elektron lain melalui interaksi "charge current" dan juga "neutral current". Semasa keadaan ini, alam semesta ini tidak mengalami pengembangan yang drastik dan kadar antara neutrino-elektron dan pengembangan alam semesta adalah sama dan kesan ayunan neutrino adalah penting!

Rajah 2

Letupan Supernova SN 1987A berlaku di nebula Tarantula yang berada dalam Awan Magellanik Besar

Mengapa saya begitu tertarik dengan ayunan neutrino pada masa ini? Pada masa ini, neutrino akan mula berayun dan akan mengalami kehilangan tenaga hasil dari ayunan tersebut.Jadi, tenaga yang hilang dari neutrino ini akan dipindahkan kepada elektron dan ini akan menaikkan tenaga elektron dan seterusnya suhu elektron tersebut. Melalui keadadian tenaga, tenaga yang berlebihan dari elektron ini seterusnya akan dipindahkan kepada foton dan seterusnya akan meningkat suhu foton. Hasil dari kiraan yang saya lakukan, "fluctuation" yang berlaku hasil dari pemindahan tenaga dari neutrino kepada foton adalah pada dalam julat yang sama dengan suhu latarbelakang tidakseragam (CMB anisotropy). Saya membuat perbandingan di antara nilai kehilangan tenaga oleh neutrino dan juga peningkatan tenaga oleh ganguan suhu latar belakang (fluctuation of CMB temperature) mendapati bahawa suhu tersebut mempunyai ralat sebanyak 10^(-5) iaitu pada julat yang sama dengan suhu "CMB anisotropy" .

Dalam bidang Kosmologi saya ada membincangkan mengenai neutrino sebagai calon yang tepat kepada penyelesaian masalah jirim hitam, tetapi untuk menyelesaikan permasalahan ini, kita perlu mengetahui mengenai jisim neutrino dengan tepat kerana jirim hitam ini mempunyai jisim! Dengan mengetahui jisim sebenar neutrino ini, membolehkan ahli-ahli kosmologi membuat kiraan mengenai jisim sebenar alam ini dan seterusnya memahami keadaan alam ini pada masa dahulu dan cuba untuk menganggar keadaan alam pada masa akan datang. Jika jirim hitam benar-benar dapat menyelesaikan masalah kehilangan jisim alam ini , sudah pasti satu hari nanti, alam ini akan berhenti mengembang dan akhirnya akan mengecut kembali. Pada masa itu alam akan mengalami "Big Crunch" di mana alam akan bertemu kembali menjadi satu titik singular sama seperti keadaan alam semasa sebelum kejadian letupan besar.

Dalam bidang astrofizik, neutrino memainkan peranan yang sangat penting dalam perkembangan bintang, diketahui bahawa bintang-bintang di langit akan mengelami tempoh evolusi iaitu tempoh bintang dilahirkan dan seterusnya akan mati. Semasa perkembangan bintang ini, neutrino terhasil secara banyaknya melalui proses "fussion". Bintang seperti matahari menghasilkan banyak neutrino. Neutrino-neutrino ini sangat penting dalam pemindahan tenaga dari teras bintang ke persekitaran. Bagi bintang yang mempunyai jisim yang besar dari matahari, neutrino merupakan elemen penting di mana tanaga dari bintang tersebut dipindahkan secara terus oleh neutrino. Apabila bintang-bintang ini mati secara letupan supernova, neutrino akan terhasil dengan banyak nya dan ini akan membolehkan tenaga dari letupan besar itu terselerak jauh hingga mampu dikesan oleh manusia di Bumi.

Anda mesti terfikir mengapa saya mengatakan yang tenaga dipindahkan oleh neutrino akan sampai ke Bumi padahal tenaga juga boleh tersebar melalui foton. Ya, foton mampu "membawa" tenaga dari letupan itu ke destinasinya tetapi sampai pada suatu keadaan foton tersebut akan kehilangan tenaga akibat dari serapan oleh gas-gas dan juga debu-debu dari persekitaran alam ini dan menyebabkan foton-foton tersebut kehilangna tenaga dan seterusnya mengalami anjakan merah. Informasi yang terdapat pada foton-foton tersebut akan hilang! Tetapi bagi neutrino, yang sudah semestinya mempunyai keupayaan berinteraksi secara lemah dengan zarah-zarah lain mampu membawa segala informasi mengenai bintang itu secara efektif jika kesan ayunan neutrino itu boleh diabaikan. Jadi kita dapat mengesan informasi-informasi bintang2 itu. Sekarang ini, ahli-ahli saintis dari seluruh dunia mencuba sedaya upaya untuk mengesan jisim neutrino dan juga neutrino itu sendiri dengan melakukan pelbagai eksperimen termasuklah yang bakal dijalankan di Large Hidron Collider (LHC) dan juga Ice Cube di Kutub Selatan. Walaupun neutrino ini merupakan zarah yang berintereksi secara lemah dengan zarah-zarah lain, tetapi ia mampu menjadi elemen utama yang dapat mengungkai pelbagai misteri alam ini. Si pemalu yang amat menonjol!

Artikel oleh Norsofiah Ahmad

Read More

Neutrino, misteri alam.

Balaicerap Super-Kamiokande di Institut Kajian Sinar Kosmik di Jepun. Fasiliti di bawah tanah ini menjalankan eksperimen berkaitan neutrino sejak dua dekad lalu.

Apa itu neutrino? Jika ditanyakan soalan ini kepada sesiapa yang bukan dari latar belakang sains yang mempelajari ilmu Fizik secara mendalam saya pasti hanya segelintir sahaja yang mampu menjawabnya. Di sini biar saya terangkan secara ringkas apa itu neutrino. Neutrino adalah zarah kecil yang berinteraksi secara lemah dengan zarah-zarah lain. Neutrino mempunyai spin-1/2 dan mempunyai tiga perisa atau dikenali sebagai 'flavor' iaitu elektron neutrino, muon neutrino dan tau neutrino. Neutrino mula dijumpai secara teorinya oleh Pauli. Pada masa itu neutrino dianggap sebagai zarah neutral yang tidak mempunyai jisim sama seperti foton. Tetapi dengan kemajuan teknologi dan perkembangan bidang eksperimen, Super Kamiokande di Jepun telah berjaya mengesan kehadiran jisim neutrino.

Apa yang menariknya mengenai zarah kecil yang sangat lemah berinteraksi dengan zarah-zarah lain ini? Neutrino dipercayai terhasil dalam kuantiti yang banyak semasa kejadian Letupan Besar yang juga dikenali sebagai Big Bang. Umum mengetahui bahawa Gelombang Mikro Latarbelakang (CMB) yang terhasil akibat letupan besar merupakan bukti kukuh kepada letupan besar ini, tetapi hanya sebahagian kecil yang mengetahui bahawa wujudnya secara teori mengenai Neutrino Kosmik Latarbelakang (CnB). Walaupun saya mengatakan bahawa CnB wujud secara teorinya, ramai saintis dan juga kosmologis percaya CnB ini wujud dan mampu dikesan sedikit masa lagi hasil dari perkembangan bidang terknologi kita sekaran dan jika kita mampu mengesan CnB seperti mana kita mampu mengesan CMB saya percaya kita mampu membuka sedikit ruang jawapan kepada misteri alam semesta seperti mengapa hanya terdapat unsur-unsur ringan seperti H, He, dan Li sahaja yang wujud selepas berlakunya letupan besar, penyelesaian kepada kehilangan jisim alam semesta dan juga kehadiran jirim hitam.

Pengesan neutrino matahari yang pertama

Semasa saya melakukan kajian mengenai neutrino ini dan kesannya kepada pembentukan unsur-unsur ringan seperti yang nyatakan di atas, saya terbaca mengenai kewujudan jisim neutrino mampu menjelaskan mengenai misteri jirim hitam dan juga misteri kehilangan jisim alam ini. Saya akan menerangkan mengenai jirim hitam ini pada kunjungan saya yang akan datang. Sekarang saya akan cuba menerangkan secara ringkas mengenai kepentingan neutrino pada pembentukan unsur-unsur ringan.

Seperti yang saya nyatakan, neutrino mempunyai jisim, tetapi malangnya saintis masih tidak mampu mengesan jisim neutrino secara mutlak kerana kewujudan jisim neutrino ini adalah hasil gabungan dua perisa neutrino atau secara saintifik nya adalah superposisi dua keadaan eigen jisim electron neutrino dan muon neutrino. Saya tidak akan menerangkan secara terperinci mengenai ayat-ayat fizik ini kerana saya bimbang ia akan mengurangkan jumlah pembaca kepada separuh! Kehadiran jisim neutrino ini akan menyebabkan neutrino tadi berayun pada frekuansi tertentu dan ini seterusnya menebabkan berlakunya resonans dan seterusnya menyebabkan wujud tenaga tambahan dan kehilangan tenaga kepada persekitaran ( tenaga dari alam semesta selapsa bermulanya pengembangan alam sejurus letupan besar) dan juga kepada neutrino. Pertambahan tenaga oleh neutrino hasil daripada ayunan neutrino tersebut menyebabkan berlakunya penghasilan proton secara besar-besaran dan seterusnya memnyebabkan pembentukan unsur-unsur seperti H, D, He . Oleh kerana jumlah neutron yang semakin berkurangan akibat daripada pertukaran neutron kepada proton melalui proses reputan beta maka ini menyebabkan pembentukan unsur-unsur lain terhalang. Kita mengetahui bahawa, untuk membentuk unsur seperti Deuterium D, kita memerlukan neutron dan juga proton. Neutron akan bergabung dengan proton dan membentuk unsur-unsur yang lebih berat, tetapi jika jumlah neutron yang semakin berkurangan ini menyebabkan berlaku halangan pembentukan unsur-unsur lain tadi. Selain itu unsur-unsur berat yang lain tidak dapat wujud kerana berlakunya ketidakstabilan nuklear dan menyebabkan unsur-unsur berat yang terhasil hasil dari gabungan unsur-unsur ringan ini terpecah kembali kepada unsur-unsur asas seperti H dan juga He.

Jika kita mampu mengesan jisim neutrino secara mutlak saya percaya bahawa kita mampu menyelesaikan banyak lagi masalah di dalam Fizik. Saya akan cuba menerangkan dengan lebih lanjut mengenai kesan pengembangan alam semesta kepada kepada neutrino di masa akan datang. Semoga dengan kehadiran artikel ini dapat menarik minat ramai kepada Kosmologi.

Artikel Oleh Norsofiah Ahmad

Read More