Dua kertas yang diterbitkan minggu ini menunjukkan asal-usul yang membingungkan dan potensi penggunaan antimateri, jenis materi yang membalikkan aturan yang mengatur materi biasa di dalam kepala mereka.
Salah satu kertas, diterbitkan hari ini di JCAP, menemukan bahwa antinuklei dari sinar kosmik mungkin merupakan indikator dari jenis materi gelap tertentu. Dalam kertas terpisah, diterbitkan awal minggu ini di AIP Advances, para peneliti menggambarkan metode mendeteksi lokasi dan aktivitas reaktor nuklir menggunakan antineutrino yang dihasilkan oleh reaksi nuklir fasilitas tersebut. Antimateri penting karena dapat membantu menjelaskan misteri kosmik mendasar, seperti mengapa alam semesta terbuat dari materi daripada campuran materi dan antimateri yang seimbang. Kajian-kajian ini masuk ke dalam upaya yang lebih besar untuk memecahkan beberapa teka-teki fisika terbesar, termasuk sifat materi gelap, fisika pada skala terkecil, dan mungkin bahkan asal usul alam semesta itu sendiri. Meskipun namanya, antimateri adalah materi secara harfiah. Ia memiliki massa. Antimateri merujuk kepada kelompok partikel yang memiliki muatan listrik yang berlawanan dengan rekan-rekan biasanya. Anda pernah mendengar tentang elektron (yang memiliki muatan negatif) dan proton (dengan muatan positif); rekan-rekan antimateri mereka adalah positron (dengan muatan positif) dan antiproton (muatan negatif). Meskipun ada perbedaan dalam muatan partikel, antimateri tidak sepenuhnya asing bagi gaya-gaya fundamental. Tahun lalu, tim fisikawan menemukan bahwa antimateri bereaksi terhadap gravitasi dengan cara yang sama seperti materi biasa, temuan yang mengkonfirmasi baik Einstein maupun Model Standar Fisika Partikel. Sesuatu yang lebih mirip dengan ide \”antimateri\” yang mungkin ada di benak Anda adalah materi gelap—yang juga memiliki massa—tetapi tidak terlihat oleh setiap jenis detektor yang diciptakan manusia sejauh ini. Para ilmuwan tahu bahwa materi gelap ada karena efek gravitasiannya terlihat, meskipun partikel (atau partikel!) yang bertanggung jawab tidak dapat diamati secara langsung. Antimateri tetap menjadi hal yang membingungkan (maaf, lelucon yang mengerikan) karena beberapa alasan. Seperti yang dijelaskan oleh Gizmodo pada tahun 2022: Alam semesta meledak menjadi ada 14 miliar tahun yang lalu, dengan Big Bang yang dalam teorinya seharusnya menciptakan jumlah materi dan antimateri yang sama. Tetapi lihat sekitar Anda, atau gambar-gambar teleskop Webb terbaru: Kita hidup di alam semesta yang didominasi oleh materi. Pertanyaan yang menonjol dalam fisika adalah apa yang terjadi dengan semua antimateri. Antimateri dan materi gelap cocok dengan baik dalam kertas JCAP terbaru, yang menyatakan bahwa jumlah antimateri yang terdeteksi oleh eksperimen lebih dari seharusnya—dan mereka percaya bahwa materi gelap adalah pelakunya. Beberapa partikel yang berbeda (dan objek yang lebih eksotis) telah diajukan sebagai penyebab materi gelap. Di antaranya: aksion, sebuah partikel yang dinamai untuk deterjen cucian; MAssive Compact Halo Objects, atau MACHOs; foton gelap, yang meskipun namanya seperti aksion daripada beberapa versi cahaya yang jahat; dan lubang hitam primitif, yang akan menjadi lubang hitam mungil yang lahir pada awal alam semesta, mengambang di luar angkasa. Penelitian terbaru berfokus pada jenis lain—Partikel Massa yang Berinteraksi Lemah, atau WIMPs—sebagai pelaku bersalah. Teorinya pada dasarnya adalah bahwa ketika WIMPs bertabrakan, mereka kadang-kadang saling memusnahkan—menghancurkan satu sama lain—memancarkan energi dan partikel materi dan antimateri. Dalam penelitian 2022 yang disebutkan di atas, tim fisikawan menggunakan eksperimen ALICE di CERN menemukan bahwa antimateri dapat melakukan perjalanan melalui galaksi kita dengan mudah daripada dipadamkan oleh materi di medium antarbintang, sebuah kesimpulan yang baik untuk detektor antinuklei seperti eksperimen AMS-02 di atas Stasiun Luar Angkasa Internasional. \”Prediksi teoritis menunjukkan bahwa, meskipun sinar kosmik dapat menghasilkan antipartikel melalui interaksi dengan gas dalam medium antarbintang, jumlah antinuklei, terutama antihelium, seharusnya sangat rendah,\” ujar Pedro De la Torre Luque, fisikawan di Institut Fisikawan Teoretis di Madrid dan penulis utama kertas JCAP, dalam rilis SISSA Medialab. \”Kami berharap untuk mendeteksi satu kejadian antihelium setiap beberapa puluh tahun, tetapi sekitar sepuluh kejadian antihelium yang diamati oleh AMS-02 jauh lebih tinggi dari prediksi berdasarkan interaksi sinar kosmik standar,\” tambah De la Torre Luque. \”Itulah mengapa antinuklei ini adalah petunjuk yang masuk akal untuk anihilasi WIMP.\” Namun, De la Torre Luque menambahkan bahwa WIMP hanya dapat menjelaskan jumlah antihelium-3—satu isotop antimateri yang terdeteksi oleh AMS-02—dan bukan jumlah antihelium-4 yang lebih langka, lebih berat. Dengan kata lain, bahkan jika WIMPs bertanggung jawab atas materi gelap, mereka tidak menceritakan seluruh cerita. WIMPs bisa bertanggung jawab atas deteksi antimateri yang dikumpulkan oleh detektor berbasis ruang angkasa. Tetapi terlepas dari pertanyaan materi gelap—yang akan memakan waktu lama untuk dijawab—desain detektor pencium antimateri untuk memonitor reaktor nuklir di Bumi menunjukkan aplikasi praktis di sini dan sekarang. Bersama-sama, temuan-temuan ini tentang antimateri bisa menawarkan cara baru untuk memanfaatkan sifat-sifat aneh alam semesta untuk penggunaan praktis, sambil juga membantu kita lebih memahami baik kosmos maupun planet kita sendiri.