Sesudah partikel Higgs boson ditemukan, apa lagi?

Saya mau membahas partikel Higgs boson yang sudah ditemukan oleh tim fisikawan di CERN lewat Large Hadron Collider (LHC), sebuah mesin rumit sangat besar dan terkuat di dunia untuk membenturkan partikel-partikel, yang berbentuk terowongan melingkar sepanjang 27 km yang tertanam jauh di bawah tanah (kedalaman 328 kaki) perbatasan negeri Swiss dan Prancis. Di dalam LHC ini proton-proton bergerak mendekati kecepatan cahaya. Penemuan besar ini sudah diumumkan 4 Juli 2012 lalu di CERN. Higgs boson sama sekali tak ada hubungannya dengan Tuhan atau agama, meskipun partikel ini dengan keliru pernah disebut orang (terutama oleh para wartawan) “partikel Tuhan”, seolah Tuhan itu sebuah partikel. Kali ini, pembahasan saya atas partikel Higgs boson terfokus pada “nasib” jagat raya kita di masa depan. 

Dalam jagat raya kita terdapat kevakuman (ruang-waktu) yang luar biasa luas, yang dinamakan “cosmic voids”, tapi berisi energi dan berbagai medan gaya. Karena materi dalam jagat raya ini punya massa (juga ada partikel yang nyaris tak memiliki massa), pastilah ada suatu “faktor” yang menyebabkan massa bisa ada di dalam kevakuman kosmik yang berisi energi itu. Maka diteorikan, a.l. oleh Peter Higgs di tahun 1964, bahwa haruslah ada medan Higgs dan partikel Higgs boson, yang memberi massa pada materi. Tanpa Higgs boson, partikel-partikel fundamental akan tercerai berai sehingga materi tidak akan terbentuk dan jaga raya, karenanya, tak akan pernah ada. 

Higgs boson mempersatukan partikel-partikel sehingga kohesif, alhasil massa terbentuk, dus materi menjadi ada. Metaforanya begini: Higgs boson itu seperti seorang mempelai wanita yang luar biasa cantik, wangi, dengan personanya memikat semua orang. Ketika sang mempelai wanita ini masuk ke ruang pesta, semua tamu yang semula terpisah-pisah maju ke arahnya lalu terhimpun jadi satu. Atau Higgs boson itu seperti sebuah magnit yang sangat kuat, sehingga menarik dan menyatukan semua jarum yang semula tercerai-berai.

Sejak diteorikan k.l. 50 tahun lalu, para fisikawan memburu partikel Higgs boson minimal di atas kertas dalam perhitungan matematis, dan ketika LHC sudah dibangun, perburuan dimungkinkan secara empiris. Dengan membenturkan dua proton di dalam LHC, sebuah partikel Higgs boson dihasilkan. 

Contoh data yang disimulasikan di CERN: tabrakan antara dua proton menghasilkan partikel Higgs boson

Setelah keberadaan Higgs boson dikonfirmasi (Juli 2012), para fisikawan pun mulai memikirkan dalam-dalam akibat penemuan ini pada bidang-bidang kajian sains lain, khususnya kosmologi. Ternyata akibat adanya partikel Higgs boson dan diketahuinya besar massanya dan berbagai sifatnya, kosmologi kembali menjadi fokus.

Higgs boson itu adalah sebuah partikel subatomik, ada di dalam ruang atom dalam dunia mikrokosmik yang dinamakan dunia mekanika quantum. Tetapi penemuan partikel Higgs membawa orang ke dunia maha luas, jagat raya kita, bidang kajian kosmologi. Dengan cara bagaimana? Dari penemuan atas Higgs boson ini, kembali diperlihatkan kosmologi dan fisika quantum, berinterrelasi. Sekali lagi, dengan cara bagaimana? 

Mari sekarang kita fokus ke jagat raya, untuk memahami dampak luar biasa penemuan partikel Higgs pada kosmologi.

Jejak-jejak dari jejak-jejak benturan antar-proton-proton yang diukur oleh instrumen Compact Muon Solenoid dalam pencarian Higgs boson yang akhirnya dikonfirmasi telah ditemukan....

Telah saya sebut tadi ihwal kevakuman jagat raya, yang senantiasa berisi energi. Vakum jagat raya dapat berada pada kondisi-kondisi dengan besaran energi yang berlainan, tak sama dari satu ruang vakum ke ruang vakum lainnya. Jagat raya berada pada kondisi paling stabil jika energinya (yang ekuivalen dengan massa) berada pada kondisi paling rendah, yang tidak menimbulkan fluktuasi. 

Dalam kevakuman kosmik inilah medan Higgs ada dan memenuhinya, suatu kondisi mutlak untuk munculnya materi di dalam “cosmic voids”. Supaya materi dan jagat raya yang ada, tetap berada dalam kondisi stabil, niscaya massa Higgs boson dan stabilitas vakum jagat raya kait-mengait.

Menurut teori dalam model standard fisika partikel, hanya jika massa Higgs boson lebih besar dari 129 Gigaelektronvolt (GeV), jagat raya akan stabil. Tapi Higgs boson yang dikonfirmasi Juli 2012 ternyata memiliki massa 126 GeV, cukup ringan sehingga akan membuat jagat raya secara mendasar tidak stabil. Kondisi ketidakstabilan ini akan menyebabkan jagat raya di masa depan berakhir dalam suatu bencana kosmik. Fisikawan Universitas Negara Ohio, Christopher Hill, menjelaskan bahwa “mass Higgs berkaitan dengan kestabilan jagat raya. Massa Higgs berada pada lini yang kritis. Keadaan ini bisa saja suatu kebetulan kosmik, tetapi bisa juga terjadi karena bekerjanya beberapa hukum fisika tertentu. Ini adalah sesuatu yang baru kita ketahui, yang sebelumnya tidak kita ketahui.”/1/

Dalam suatu kosmos yang tidak stabil, gelembung-gelembung jagat raya alternatif akan muncul dari suatu tempat, dan begitu saja akan mengembang. Jika jagat raya alternatif muncul begitu saja dari kondisi kosmik yang tidak stabil, jagat raya yang ada akan lenyap ditelan olehnya. Stephen Hawking menyatakan bahwa “gelembung-gelembung vakum ini dapat mengembang dengan kecepatan cahaya dan akhirnya akan meruntuhkan ruangwaktu. Bencana ini dapat terjadi kapan saja dan tidak seorangpun akan dapat melihatnya datang.”/2/

Begitulah, dikonfirmasinya Higgs boson, mengonfirmasi juga jagat raya yang berevolusi siklikal: dari ada jadi tiada, lalu akan ada lagi, lalu tiada lagi, dan seterusnya. Jagat raya yang di dalamnya anda tinggal tidak stabil, dan di masa depan akan lenyap ditelan jagat raya alternatif. Kita jadi paham, partikel Higgs boson bukan hanya memberi massa pada materi sehingga jagat raya dimungkinkan terbentuk, tetapi juga nanti partikel yang sama akan melenyapkan jagat raya yang semula dibentuknya.

 

Tetapi masih ada alternatif untuk bisa menghasilkan jagat raya yang stabil. Di sinilah para fisikawan tertantang, setelah partikel Higgs dikonfirmasi. 

Teori tentang jagat raya yang stabil, mengharuskan orang berpaling ke teori supersimetri. Teori apa ini? Menurut teori supersimetri, setiap partikel biasa memiliki partikel mitra yang massanya lebih besar, yang dinamakan “superpartner”.

Jika massa partikel Higgs terlalu ringan sehingga akan membuat jagat raya tak stabil, masih ada faktor lain yang bisa mengubah pengetahuan kita mengenai kondisi ini. Faktor lain itu harus datang dari “superpartner” partikel Higgs boson, yang para saintis namakan “top quark”, yang masih harus diburu dan diukur massanya. Dalam perhitungan matematis, jagat raya akan stabil jika massa “top quark” lebih besar dari massa partikel pasangannya, Higgs boson. Partikel Higgs boson yang ringan harus diimbangi oleh “top quark” yang massanya lebih besar, jika kondisi stabil jagat raya mau tercipta.

Maka setelah penemuan Higgs boson,/3/ yang harus dikonfirmasi adalah berapa besar massa “top quark” yang sebenarnya, kembali lewat LHC. Tapi sementara ini LHC sedang dinonaktifkan selama dua tahun ke depan untuk keperluan reparasi dan meningkatkan powernya jauh melebihi yang sekarang.

Jadi perburuan terhadap “top quark” untuk mengukur massanya akan mulai bisa dilakukan sejak tahun 2015, untuk memastikan apakah jagat raya kita stabil atau tak stabil, apakah akan lenyap ditelan jagat raya alternatif di masa depan, bermilyar-milyar tahun dari sekarang. Saya suka menduga, teori kosmologis (lama) bahwa jagat raya kita berevolusi siklikal, ada lalu tiada lalu ada lagi dan seterusnya, akan dikonfirmasi. 

Terlihat sudah, dunia subatomik dan universe yang maha besar kait-mengait. Jagat cilik dan jagat gede berinteraksi. Dunia makroskopik dan dunia mikroskopik kait-mengait. Sebuah perspektif yang menakjubkan, bukan? 

Baca juga Ion H3+ sebagai the saviour of the world

Breaking News:
Pada 8 Oktober 2013 telah diumumkan bahwa Peter Higgs (Inggris) bersama dengan Francois Englert (Belgia) memenangkan Nobel Prize fisika tahun 2013 berkaitan dengan ditemukannya partikel sub-atomik Higgs boson. Juru bicara Dewan Juri menyatakan kedua orang ini dihormati karena mereka “telah menemukan teori tentang suatu mekanisme yang menambah pengertian kita mengenai asal-usul massa partikel-partikel subatomik, yang baru-baru ini dikonfirmasi lewat penemuan partikel fundamental yang telah diprediksi.” Upacara resmi pemberian Nobel Prize kepada dua orang profesor fisika ini (sebesar £ 780.000) akan dilakukan 10 Desember 2013 di Stockholm (10 Desember adalah hari wafat pendiri Nobel Prize, Alfred Nobel, pada tahun 1896). 

Notes 

/1/ Clara Moskowitz, “Higgs boson particle may spell doom for the universe”, LiveScience, 19 February 2013, pada http://www.livescience.com/27218-higgs-boson-universe-future.html.

/2/ Rhodi Lee, “Stephen Hawking turns into doomsday prophet (thanks to God Particle)”, Tech Times, 10 September 2014, pada http://www.techtimes.com/articles/15181/20140910/stephen-hawking-turns-into-doomsday-prophet-thanks-to-god-particle.htm. 

/3/ Penjelasan dua fisikawan CERN (Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir), Dave Barney dan Steve Goldfarb, tentang Higgs boson yang berjudul The basics of Higgs Boson tersedia dalam format video di sini http://home.web.cern.ch/about/updates/2013/05/basics-higgs-boson.