Berikut adalah teks yang telah ditulis ulang ke dalam bahasa Indonesia tingkat C1, dengan maksimal 2 kesalahan atau salah ketik yang disengaja, tanpa tambahan teks lain.
(Gambar tidak tersedia)
Inti dari banyak misteri yang belum terpecahkan dalam fisika adalah partikel-partikel kecil yang berinteraksi lemah dan membutuhkan metode deteksi berat. Hal ini membuat partikel-partikel tersebut sulit divisualisasikan, sehingga para ilmuwan mencari cara-cara tidak langsung untuk melacak pergerakannya, biasanya menggunakan mesin raksasa dan mahal yang memakan waktu untuk memproses data. Namun, satu proposal—sebuah prototipe yang lebih kecil, mirip kamera—bertujuan untuk mengatasi masalah ini.
Dalam sebuah studi terbaru di Nature Communications, para peneliti dari ETH Zurich dan EPFL di Swiss melaporkan hasil dari prototipe pertama detektor partikel alternatif yang “memungkinkan pencitraan tiga dimensi (3D) resolusi tinggi secara ultra-cepat,” menurut makalah tersebut. Demonstrator yang disebut PLATON ini adalah sistem deteksi monolitik yang terdiri dari sebuah balok sintilator dan kamera 3D. Pengaturannya sederhana, tetapi kombinasi perangkat lunak asli dan jaringan saraf tiruan membantu meningkatkan resolusi gambar 3D.
“Hasilnya adalah penyederhanaan konstruksi detektor partikel dan, yang mungkin mengejutkan, resolusi spasial 3D yang sangat baik yang dapat dicapai [dengan pengaturan sederhana ini],” kata Davide Sgalaberna, seorang fisikawan di ETH Zurich dan CERN, kepada Gizmodo melalui email. “Demonstrator kami membuka jalan menuju pendekatan yang sepenuhnya baru untuk mendeteksi neutrino dan, secara lebih umum, partikel elementer.”
Neutrino adalah partikel tak bermuatan dan hampir tanpa massa yang ada dalam kelimpahan ekstrem di alam semesta. Dijuluki “partikel hantu,” mereka penting karena, meskipun jumlahnya berlimpah, mereka sangat sulit dideteksi sehingga tidak banyak yang diketahui fisikawan secara pasti tentang mereka.
Secara praktis, aplikasi awal PLATON adalah sebagai pemindai seluruh tubuh untuk keperluan medis. Namun, karena mudah diukur skalanya, alat ini pada akhirnya akan terbukti berguna dalam fisika partikel, jelas tim tersebut dalam sebuah pernyataan.
Melacak yang Hampir Tak Terlihat
Sintilator adalah bahan yang mengubah radiasi energi tinggi, seperti sinar-X atau sinar gamma, menjadi cahaya tampak atau hampir tampak. Dalam fisika partikel, bahan sintilator dalam detektor mengubah radiasi dari partikel-partikel kecil berenergi tinggi menjadi sinyal cahaya. “Kalorimeter” ini menghentikan partikel dan mengukur kehilangan energinya, memberi peneliti informasi yang mereka butuhkan untuk menganalisis perilaku mereka, menurut CERN.
“Biasanya, untuk melacak partikel dalam jumlah besar ini dalam 3D di sintilator, Anda harus memisahkan sintilator menjadi banyak sekali voxel kecil (misalnya, kubus 1 cm³) yang jumlahnya antara ribuan hingga jutaan,” jelas Sgalaberna. “Namun, ukuran voxel, atau granularitas pemisahan ini, membatasi resolusi spasial gambar.”
Memang, institusi-institusi terkemuka menggunakan sejumlah besar sintilator (yang tidak selalu berupa padat). Sebagai contoh, eksperimen T2K di Jepang memiliki sekitar dua ton bahan sintilator dalam bentuk dua juta kubus dan 60.000 serat optik. Detektor raksasa CERN juga memiliki jutaan serat optik sintilator tipis. Itu memberi fisikawan data terbaik, tetapi bagaimana jika pengaturan ini bisa lebih sederhana?
Teknologi Bertemu Teknologi
Prototipe terbaru ini membawa sintilator ke dalam skema kamera plenoptik. Juga dikenal sebagai kamera medan cahaya, kamera plenoptik memiliki susunan lensa mikro kecil yang masing-masing bertindak sebagai kamera mini untuk merekonstruksi kedalaman dan intensitas medan cahaya. Menurut pernyataan itu, dikombinasikan dengan sensor foton tunggal khusus, kamera plenoptik memiliki potensi yang baik dan belum banyak dieksplorasi untuk pelacakan 3D resolusi tinggi partikel elementer.
Jadi, itulah tepatnya yang dilakukan para peneliti; setelah mengembangkan dan merakit kamera yang disesuaikan, susunan lensa mikro, dan sensor foton tunggal, tim melakukan eksperimen empiris dan simulasi dengan detektor barunya. Dalam uji laboratorium, tim berhasil merekonstruksi posisi elektron dari sumber berbasis strontium, mengonfirmasi bahwa, seperti yang diduga, pengaturan ini dapat mendeteksi partikel secara layak.
Skala Kecil, Tantangan Besar
Menggunakan hasil ini, para peneliti melakukan analsisi berbasis simulasi tentang bagaimana neutrino—partikel fundamental tak bermuatan dan hampir tanpa massa—akan berperilaku dalam detektor PLATON. Simulasi menunjukkan bahwa detektor dapat melacak partikel kecil ini hingga resolusi 200 mikrometer, jelas makalah tersebut. Sebuah model pembelajaran mendalam membantu dalam pemrosesan akhir beban data yang besar. Secara keseluruhan, hasil akhirnya, lapor Sgalaberna kepada Gizmodo, adalah “sangat baik.”
“Kami ingin mengkarakterisasi resolusi kamera 3D dengan eksperimen yang terkendali dengan baik dan, yang lebih penting, mereproduksi hasilnya dalam simulasi optik khusus kami,” tambahnya. Meski demikian, seperti yang ditambahkan para peneliti dalam makalah tersebut, masih ada banyak tantangan teknis yang harus diatasi agar teknologi bergaya PLATON benar-benar bisa berdampak besar di dunia fisika partikel.
Namun, ada beberapa keuntungan nyata dari desain detektor ini, seperti bagaimana ia tidak membutuhkan “infrastruktur kriogenik besar” yang umum pada detektor partikel. Jika tim memenuhi janjinya, prototipe baru ini bisa menjadi revolusioner untuk skalabilitas dan resolusi pencitraan yang belum pernah terjadi sebelumnya, yang merupakan, seperti yang dikatakan Sgalaberna, “kunci untuk eksperimen fisika partikel masa depan—tidak hanya yang terkait dengan neutrino.”