Partikel subatom adalah bahan penyusun alam semesta, komponen yang lebih kecil dari atom. Mereka penting untuk memahami hukum alam dan struktur materi. Sepanjang pelajaran ini, kita memulai eksplorasi partikel-partikel ini, sifat-sifatnya, dan bagaimana mereka berinteraksi, sehingga meletakkan dasar untuk memahami fisika partikel.
Model Standar adalah teori yang menjelaskan tiga dari empat gaya fundamental yang diketahui di alam semesta, tidak termasuk gravitasi, dan mengklasifikasikan semua partikel subatom yang diketahui. Ini mengkategorikan partikel-partikel ini menjadi fermion (partikel materi) dan boson (pembawa gaya).
Fermion dibagi lagi menjadi kuark dan lepton, sedangkan boson meliputi foton, boson W dan Z, gluon, dan boson Higgs. Quark bergabung membentuk proton dan neutron, komponen inti atom, sedangkan lepton terdiri dari elektron, yang mengorbit inti atom.
Quark hadir dalam enam jenis atau "rasa": atas, bawah, pesona, aneh, atas, dan bawah. Mereka mengalami keempat gaya fundamental, termasuk gaya nuklir kuat yang menyatukan mereka dalam proton dan neutron. Quark tidak pernah ditemukan terisolasi karena fenomena yang disebut "pengurungan warna"; mereka ada berpasangan atau dalam kelompok yang terdiri dari tiga orang, membentuk hadron seperti proton (dua quark atas dan satu quark bawah) dan neutron (dua quark bawah dan satu quark atas).
Lepton, sebaliknya, tidak mengalami gaya nuklir kuat. Elektron adalah lepton yang paling terkenal, sering ditemukan di awan yang mengelilingi inti atom. Lepton lainnya termasuk muon, tau, dan neutrino terkaitnya, yang hampir tidak bermassa dan berinteraksi sangat lemah dengan materi.
Boson adalah partikel yang memediasi gaya fundamental. Foton adalah pembawa gaya elektromagnetik, sedangkan boson W dan Z bertanggung jawab atas gaya nuklir lemah, yang bertanggung jawab atas proses peluruhan nuklir. Gluon membawa gaya nuklir kuat, menyatukan quark di dalam proton dan neutron. Higgs boson, ditemukan pada tahun 2012 di Large Hadron Collider (LHC), dikaitkan dengan medan Higgs, yang memberi massa pada partikel.
Setiap jenis partikel dalam Model Standar memiliki antipartikel yang sesuai, massanya identik tetapi sifat-sifatnya berlawanan seperti muatan listrik. Ketika partikel dan antipartikel bertemu, mereka saling memusnahkan, mengubah massanya menjadi energi menurut persamaan Einstein, \(E = mc^2\) , dengan \(E\) adalah energi, \(m\) adalah massa, dan \(c\) adalah kecepatan cahaya.
Beberapa eksperimen sangat penting dalam pemahaman kita tentang partikel subatom:
QCD adalah teori yang menjelaskan gaya nuklir kuat, salah satu dari empat gaya fundamental, yang beroperasi antara quark dan gluon. Ia berpendapat bahwa quark membawa sifat yang disebut "muatan warna" dan bahwa pertukaran gluon, yang juga membawa muatan warna, memediasi gaya kuat tersebut. Kekuatan gaya kuat berkurang seiring mendekatnya quark, suatu sifat yang dikenal sebagai "kebebasan asimtotik".
Teori elektrolemah menyatukan gaya elektromagnetik dan nuklir lemah ke dalam satu kerangka. Hal ini menjelaskan bagaimana, pada tingkat energi yang tinggi (seperti yang terjadi segera setelah Big Bang), kedua gaya ini berperilaku sebagai satu. Teori tersebut memprediksi keberadaan boson W dan Z, yang kemudian dikonfirmasi secara eksperimental.
Meskipun sukses, Model Standar belumlah lengkap. Ia tidak memasukkan gravitasi, yang dijelaskan oleh teori relativitas umum, atau menjelaskan materi gelap dan energi gelap yang menyusun sebagian besar alam semesta. Teori seperti supersimetri dan teori string mengusulkan perluasan Model Standar, memperkenalkan partikel dan konsep baru dalam upaya untuk mengatasi misteri ini.
Kesimpulannya, partikel subatom, komponen materi yang paling mendasar, merupakan bagian integral dalam memahami struktur alam semesta dan kekuatan mendasar yang membentuknya. Studi tentang partikel-partikel ini, melalui kerangka teoritis seperti Model Standar dan eksperimen inovatif, terus menantang dan memperluas pengetahuan kita tentang kosmos.
