Neutrino ada di mana-mana. Sekitar 100 triliun neutrino melewati tubuh kita setiap detik, tapi interaksinya sangat lemah sehingga kita tak pernah menyadarinya. Sifat "hantu" inilah yang membuat neutrino dijuluki "partikel hantu." Antineutrino, pasangan antimaterinya, juga ada di mana-mana. Keduanya terkenal sulit dideteksi, tapi fisikawan semakin mahir mengatasi kecenderungan "hantu" mereka, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran terbaru yang memecahkan rekor.
Ketika neutrino berenergi rendah terpantul dari inti atom, hamburan yang dihasilkan menciptakan sinyal cukup kuat untuk ditangkap di reaktor nuklir. Dengan konsep ini, fisikawan sukses mengukur tingkat energi terendah yang pernah tercatat dalam peristiwa neutrino, seperti dilaporkan dalam makalah di Nature. Dalam eksperimen ini, kolaborasi Coherent Neutrino Nucleus Scattering (CONUS+) yang berbasis di Leibstadt, Swiss, berhasil "menangkap" antineutrino dari dalam reaktor nuklir.
"Ini tantangan eksperimen besar," kata Christian Buck, salah satu penulis studi dan fisikawan di Max Planck Institute for Nuclear Physics di Jerman, kepada Gizmodo.
Detektor ini menangkap sinyal dari energi rekoil yang tercipta saat antineutrino memantul dari inti atom. Karena materi dan antimateri berbagi sebagian besar sifat dasar, pengukuran serupa bisa digunakan untuk memetakan tingkat energi neutrino. Detektor utamanya hanya berbobot 3 kilogram—sangat kecil dibanding detektor neutrino konvensional yang berbobot ton. Menurut peneliti, detektor sekecil ini membuka peluang untuk eksplorasi neutrino dan struktur atom yang lebih fleksibel.
Posisi dan ukuran detektor CONUS+ di dalam reaktor di Leibstadt, Swiss. Kredit: MPIK
Secara formal, pantulan neutrino dari inti atom disebut coherent elastic neutrino-nucleus scattering (CEvNS), pertama kali diprediksi tahun 1974. Fisikawan menduga CEvNS memiliki laju interaksi 100–1.000 kali lebih tinggi daripada metode konvensional yang menunggu neutrino menyentuh salah satu partikel di detektor raksasa. "Ini seperti neutrino kecil yang menabrak inti atom dengan lembut, bagai bola ping-pong menghantam mobil, dan kita harus mendeteksi gerakan mobilnya," jelas Buck.
Baru pada 2017, eksperimen COHERENT di Oak Ridge National Laboratory membuktikan ini mungkin menggunakan akselerator partikel. CONUS+ dan pendahulunya, CONUS, mengembangkan temuan itu dengan modifikasi signifikan: mengukur CEvNS memakai reaktor nuklir sebagai sumber, membuka jalur interaksi baru untuk mempelajari neutrino.
"Bagi operator reaktor, ini produk sampingan yang tak perlu dipedulikan," kata Buck. "Bagi kami, reaktor adalah sumber antineutrino gratis dan terpusat—reaktor seperti di Leibstadt memancarkan 10^21 antineutrino per detik! Hampir semua melintasi materi tanpa efek (seperti hantu), tapi kami mencoba menangkap beberapa per hari."
"Setelah dua dekade upaya eksperimental, pencarian CEvNS memasuki era pengukuran presisi," tulis Henry T. Wong, fisikawan dari Academia Sinica di Taiwan, dalam artikel pendamping di Nature. Hasil terbaru CONUS+ akan "membangkitkan harapan besar di kalangan peneliti fisika neutrino," tambah Wong, yang tidak terlibat dalam studi ini.
Langkah penting selanjutnya, CONUS+ akan meningkatkan presisi perangkatnya dan menerapkan temuan untuk aplikasi praktis. Lokasi uniknya di dalam reaktor nuklir sudah menarik minat organisasi besar seperti International Atomic Energy Agency, menurut Buck.
"Prinsipnya, detektor semacam ini bisa dipakai memantau daya termal atau perubahan bahan bakar reaktor seiring waktu," jelasnya. "Kami baru mengambil langkah awal… tapi masih butuh beberapa tahun sebelum teknologi ini siap untuk aplikasi komersial."
Lebih penting lagi, teknik baru ini mungkin mengungkap fenomena yang bertentangan dengan Standard Model, kata Buck. Jika ya, "ini bisa jadi petunjuk bahwa pemahaman kita belum lengkap dan ada partikel atau interaksi baru yang belum diketahui," ujarnya.
Ketika saya pertama kali membaca hasil ini, saya dan editor sempat berdiskusi tentang sifat antineutrino. Jika neutrino dijuluki "partikel hantu," apa antineutrino berarti… partikel anti-hantu? Apa artinya?
Saya pun bertanya kepada Buck. Jawabannya: "Karena antineutrino sangat mirip neutrino, ia seperti neutrino di cermin. Saya mengelompokkan mereka bersama. Ada hukum kekekalan dalam fisika yang membedakan reaksi tertentu, tapi keduanya sama pentingnya."
Tapi, tambahnya, topik hangat di bidang ini adalah apakah ada perbedaan mendasar antara neutrino dan antineutrino. Jika fisikawan bisa menjawab pertanyaan ini, mungkin kita akan tahu pasti apakah antineutrino adalah hantu di cermin—atau (meski kecil kemungkinannya) sesuatu yang sama sekali berbeda.