Pendahuluan
Tulisan ini menjabarkan tentang sifat-sifat partikel elemen dalam subatom sekaligus mempelajari gaya yang menyebabkan suatu partikel elemen dapat bergabung dengan partikel elemen yang lain juga yang memisahkan setiap partikel elemen. Pembahasan dititikberatkan pengetahuan dasar ilmu fisika nuklir dan fisika partikel yang saat sekarang sangat berkembang dalam dunia ilmu pengetahuan. Penulis berusaha untuk mejelaskan isi tulisan ini secara sederhana sehingga dapat dijangkau oleh kalayak umum. Tulisan ini juga bertujuan untuk menjelaskan bagaimana sebenarnya benda dalam alam semesta ini tersususn oleh elemen terkecil. Selain hal diatas, tulisan ini juga didasarkan pada perkembangan ilmu fisika nuklir dan fisika partikel dalam waktu 50 tahun terakhir. Selanjutnya tulisan ini menerangkan bahwa proton dan neutron bukan lagi merupakan elemen partikel terkecil sebagai penyusun inti atom.
Sejarah dan Perkembangan Partikel Elemen
Pembahasan dan masalah yang berkaitan dengan partikel elemen dewasa ini merupakan suatu perhatian khusus yang sangat menarik bagi para ahli ini, khususnya para ahli fisika baik dalam bidang percobaan maupun dalam bidang teori. Partikel elemen merupakan partikel dasar pembentuk seluruh zat yang ada dalam alam semesta, termasuk air, udara, api, bumi beserta isinya dan seluruh jagat raya. Pengkajian dan pengetahuan akan berbagai sifat partikel dasar di atas merupakan suatu gejala alamiah yang mulai populer dikenal pada abad ke-19, yaitu setelah Democritus mempublikasikan teori tentang ATOM''.
Berdasarkan ilmu fisika klasik, atom merupakan suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi atas komponennya dan dianggap sebagai suatu titik bermassa. Sifat di atas sudah sangat dikenal dalam ilmu mekanika klasik dan sudah sangat jelas pembahasannya oleh Hukum Mekanika Newton. Pengetahuan tentang atom terus berkembang dan pada abad ke-20 pandangan dan pengetahuan fisika klasik tentang atom mulai luntur setelah ditemukannya suatu gejala alamiah lain yang dikenal dengan Gejala Elektromagnetik. Secara langsung gejala alamiah ini merupakan suatu fakta dan jawaban yang mengubah pandangan dan pengetahuan ilmu fisika klasik tentang atom. Pada masa tersebut para ahli sudah dapat menyimpulkan bahwa atom bukan lagi merupakan suatu zat terkecil yang tidak dapat diuraikan lagi atas komponennya. Sebagai pengetahuan lanjutan saat itu telah dikenal adanya partikel pembentuk atom yaitu proton dan neutron dalam inti atom dan dikelilingi oleh elektron. Partikel-partikel elemen di atas sudah sangat dikenal dan merupakan partikel yang stabil. Proton dan neutron sebagai pembentuk inti atom juga disebut sebagai nukleon. Penelitian tentang partikel elemen terus berkembang dan pada tahun 1950-an dunia pengetahuan tentang partikel elemen ini mengalami penyempurnaan yang sangat baru dimana proton, elektron, dan partikel elemen lain tidak merupakan partikel dasar yang sebenarnya tetapi terdiri dari partikel elemen yang lebih kecil lagi yang sekarang disebut KUARK''.
Mungkin muncul pertanyaan dalam pikiran pembaca. Bagaimana dan apa sumber yang dapat menghasilkan partikel elemen tersebut? Di sini penulis mencoba menjelaskan secara sederhana tentang pembentukan beberapa partikel elemen yang sudah umum dilakukan oleh para ahli percobaan di laboratorium penelitian. Berkas elektron yang mengandung jutaan partikel elektron dapat dengan mudah dihasilkan dengan cara memanaskan sebatang logam yang dihuhungkan dengan kutub negatip dari sumber listrik (dalam hal ini disebut juga sebagai kutub negatip atau katoda) di bawah titik leburnya. Selanjutnya berkas elektron tersebut dapat diarahkan ke suatu arah tertentu dengan cara meletakkan sebatang logam lain disekitarnya yang telah dihubungkan dengan kutub positip dari sumber listrik (disebut juga sebagai kutub positip atau anoda). Dalam kehidupan sehari-hari manfaat penghasilan berkas elektron ini sudah lama kita pergunakan misalnya pada tabung televisi di rumah dimana dengan pemanfaatan partikel elektron ini dan perlengkapannya kita dapat melihat gambar melalui layar. Berkas elektron yang dihasilkan dapat pula menghasilkan berkas proton dengan cara membombardir molekul hidrogen. Dengan perkataan lain bila kita tabrakkan berkas elektron pada target molekul hidrogen maka kita akan memperoleh jutaan proton. Dengan demikian secara sederhana dapat dikatakan bahwa satu tangki hidrogen dapat disamakan dengan satu tangki proton.
Sumber Partikel Elemen yang Populer Saat Sekarang
Saat kini kita mengenal tiga sumber besar penghasil berbagai partikel elemen antara lain sinar kosmik, reaktor nuklir dan pemercepat partikel.
Angkasa bumi pada dasarnya mengalami pembombandiran oleh partikel yang berenergi tinggi misalnya proton yang berasal dari luar angkasa. Ketika partikel-partikel yang berenergi tinggi tersebut bertubrukkan dengan atom-atom pada bagian lapisan udara terluar akan dihasilkan hujan partikel (karena berbentuk seperti hujan). Sumber partikel seperti ini disebut sebagai SINAR KOSMIK''. Pada umumnya sebagian besar partikel-partikel yang dihasilkan dalam sinar kosmik tersebut adalah partikel elemen lain yang disebut sebagai MUON''. Muon adalah partikel elemen yang bermuatan negatip seperti halnya elektron, tetapi muon memiliki massa yang jauh lebih besar dari elektron. Berdasarkan hasil penelitian muon memiliki massa sekitar 200 kali lebih besar dari massa elektron.
Reaktor nuklir dewasa ini dapat menghasilkan berbagai jenis partikel misalnya dengan cara meluruhkan zat yang bersifat radioaktif. Peluruhan zat radioaktif secara umum dapat menghasilkan neutron, sinar alpha yang merupakan gabungan dasar dari partikel neutron dan partikel proton, sinar beta yang terdiri dari elektron dan sinar gamma yang disebut juga FOTON''.
Pemercepat partikel merupakan suatu rangkaian peralatan yang dapat menaikkan kecepatan partikel saat bergerak. Salah satu cara untuk mempercepat partikel adalah dengan menginjeksikan energi dan mengatur besarnya elektromagnetik yang dipergunakan pada berkas partikel sehingga partikel dapat mencapai energi kinetik yang diharapkan dalam pergerakkannya. Saat sekarang telah dapat dihasilkan berbagai berkas sinar partikel misalnya berkas sinar positron, berkas sinar antiproton, berkas sinar muon dan lain-lain.
Beberapa pemercepat partikel terbesar dunia yang masih aktip dan masih menghasilkan data penelitian sampai sekarang antara lain:
1. Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), California, USA.
2. Cornell Electron Synchrotron (CLEO), New York, USA.
3. The Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF), Virginia, USA.
4. National Laboratory for High Energy Physics (Koh-Ene-Ken) (KEK), Ibaraki, Jepang.
5. Conseil Europeen puor la Recherche Nucleaire (CERN), Geneva, Switzerland.
6. Deutches Elektromen Synchrotron (DESY), Hamburg, Jerman.
7. Serpukhov Proton Synchrotron, Sepukhov, Russia.
Sumber : Romulus Godang (Fisika USU (Synchrotron Laboratory, Universitas Cornell))
