Berada pada kedalaman 700 meter di bawah tanah dekat kota Jiangmen di Tiongkok selatan, sebuah bola raksasa dengan diameter 35 meter dan berisi lebih dari 20.000 ton cairan baru saja memulai misi yang akan berlangsung selama beberapa dekade. Ini adalah Juno, Observatorium Neutrino Bawah Tanah Jiangmen, sebuah eksperimen besar-besaran baru yang mempelajari beberapa partikel paling misterius dan sulit dipahami dalam sains.
Neutrino adalah partikel paling melimpah di alam semesta yang memiliki massa. Mereka adalah partikel fundamental, artinya mereka tidak terurai menjadi bagian-bagian penyusun yang lebih kecil, yang membuatnya sangat kecil dan ringan. Mereka juga memiliki muatan listrik nol; mereka netral—oleh karena itu namanya. Semua ini berarti mereka sangat sering tidak berinteraksi dengan materi lain yang mereka temui, dan dapat melewatinya tanpa memengaruhinya, sehingga menyulitkan untuk diamati. Inilah alasannya mereka kadang disebut sebagai “partikel hantu”.
Mereka juga memiliki kemampuan untuk beralih (atau “berosilasi”) di antara tiga bentuk berbeda, yang juga dikenal sebagai “rasa”: elektron, muon, dan tau. (Perhatikan bahwa neutrino berasa elektron berbeda dari elektron; yang terakhir adalah jenis partikel fundamental yang berbeda, dengan muatan negatif.)
Fakta bahwa neutrino berosilasi dibuktikan oleh para fisikawan Takaaki Kajita dan Arthur Bruce McDonald. Dalam dua eksperimen terpisah, mereka mengamati bahwa neutrino berasa elektron berosilasi menjadi neutrino berasa muon dan tau. Akibatnya, mereka menunjukkan bahwa partikel-partikel ini memiliki massa, dan massa setiap rasa berbeda. Untuk ini, mereka memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2015.
Sebuah penjelas mengenai osilasi neutrino dari Fermi National Accelerator Laboratory.
Tetapi fakta penting yang masih belum diketahui adalah bagaimana massa-massa ini diurutkan—mana dari ketiga rasa yang memiliki massa terbesar, dan mana yang terkecil. Jika para fisikawan memiliki pemahaman yang lebih baik tentang massa neutrino, ini dapat membantu menggambarkan perilaku dan evolusi alam semesta dengan lebih baik. Di sinilah peran Juno.
Eksperimen yang Unik
Neutrino tidak dapat dilihat dengan detektor partikel konvensional. Sebaliknya, ilmuwan harus mencari tanda-tanda langka mereka berinteraksi dengan materi lain—dan inilah gunanya bola raksasa Juno. Disebut scintillator, bola ini diisi dengan cairan internal sensitif yang terdiri dari pelarut dan dua senyawa fluoresen. Jika sebuah neutrino yang melewati materi ini berinteraksi dengannya, ia akan menghasilkan kilatan cahaya. Mengelilingi cairan tersebut adalah kisi-kisi baja tahan karat masif yang menopang sejumlah besar sensor cahaya yang sangat sensitif, yang disebut tabung photomultiplier, yang mampu mendeteksi bahkan satu foton pun yang dihasilkan oleh interaksi antara neutrino dan cairan, dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang dapat diukur.
“Eksperimen Juno meneruskan warisan pendahulunya, dengan perbedaan bahwa ia jauh lebih besar,” kata Gioacchino Ranucci, wakil kepala eksperimen dan mantan kepala Borexino, eksperimen perburuan neutrino lainnya. Salah satu fitur utama Juno, jelas Ranucci, adalah bahwa Juno dapat “melihat” baik neutrino maupun pasangan antimatrinya: antineutrino. Yang pertama biasanya diproduksi di atmosfer Bumi atau oleh peluruhan material radioaktif di kerak Bumi, atau tiba dari luar angkasa—berasal dari bintang, lubang hitam, supernova, atau bahkan Dentuman Besar (Big Bang). Namun, antineutrino diproduksi secara artifisial, dalam kasus ini oleh dua pembangkit listrik tenaga nuklir yang terletak di dekat detektor.
“Selagi merambat, neutrino dan antineutrino terus berosilasi, saling berubah bentuk,” kata Ranucci. Juno akan mampu menangkap semua sinyal ini, jelasnya, menunjukkan bagaimana mereka berosilasi, “dengan presisi yang belum pernah dicapai sebelumnya.”