Bagian Partikel Elementer

SEKILAS TENTANG QUARK DAN LEPTON
Encu Rusmana (SMAN 3 Kota Jambi)

 

Partikel elementer merupakan partikel dasar pembentuk zat yang ada di alam semesta, termasuk air, udara, api, bumi beserta isinya dan seluruh jagat raya. Pengkajian dan pengetahuan akan berbagai sifat partikel dasar di atas merupakan suatu gejala alamiah yang mulai populer dikenal pada abad ke-19, yaitu setelah Democritus mempublikasikan teori tentang atom.Dilanjutkan oleh John Dalton pada tahun 1803 membuat postulat bahwa atom adalah partikel titik dan tidak bisa dibagi lagi . Berdasarkan ilmu fisika klasik, atom merupakan suatu zat yang tidak dapat dibagi lagi komponennya dan dianggap sebagai suatu titik bermassa. Sifat di atas sudah sangat dikenal dalam ilmu mekanika klasik dan sudah sangat jelas pembahasannya oleh Hukum Mekanika Newton.

Pada tahun 1869 Dmitri Mendeleev (1834-1907) seorang ahli kimia dari Rusia menciptakan tabel periodik berdasarkan peningkatan bilangan atom. Bilangan ini menunjukkan jumlah proton yang terdapat dalam inti atom. Jumlah proton sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi atom bebas. Pengetahuan tentang atom terus berkembang dan pada abad ke-20 pandangan dan pengetahuan fisika klasik tentang atom mulai luntur setelah ditemukannya suatu gejala alamiah yang dikenal dengan Gejala Elektromagnetik. Secara langsung gejala alamiah ini merupakan suatu fakta dan jawaban yang mengubah pandangan dan pengetahuan ilmu fisika klasik tentang atom. Pada masa tersebut para ahli sudah dapat menyimpulkan bahwa atom bukan lagi merupakan suatu zat terkecil yang tidak dapat diuraikan lagi atas komponennya. Berturut-turut penemuan elektron oleh J. J. Thomson (1897), inti atom dan proton oleh Rutherford (1911), dan neutron oleh Chadwick (1932) meruntuhkan postulat atom sebagai partikel titik. Sebagai pengetahuan lanjutan saat itu telah dikenal adanya partikel pembentuk atom yaitu proton dan neutron dalam inti atom dan dikelilingi oleh elektron. Partikel-partikel elementer di atas sudah sangat dikenal dan merupakan partikel yang stabil. Proton dan neutron sebagai pembentuk inti atom juga disebut sebagai nukleon.

Dewasa ini para ahli fisika baik dalam bidang eksperimen maupun teori memiliki perhatian khusus dengan permasalahan partikel elementer, menurut mereka hal tersebut sangat menarik. Penelitian tentang partikel elementer terus berkembang dan pada tahun 1950-an dunia pengetahuan tentang partikel elementer ini mengalami penyempurnaan yang sangat baru dimana proton, elektron, dan partikel elementer lain tidak merupakan partikel dasar yang sebenarnya tetapi terdiri dari partikel elementer yang lebih kecil lagi . Pada tahun 1964 Murray Gell-mann dan George Zwei mempublikasikan proposal baru tentang partikel titik. Perilaku ratusan partikel dapat dijelaskan sebagai kombinasi dari elemen fundamental yang sekarang disebut Quark. Quark merupakan partikel fundamental yang memiliki muatan listrik kelipatan pecahan dari muatan listrik elektron yaitu +2/3e dan -1/3e. Sampai saat sekarang kita mengenal 6 jenis kuark yang terdiri dari :

• Tipe up : u (up), c (charm), t (top)
• Tipe down : d (down), s (strange), b (beauty)

Quark u, c, t masing-masing memiliki muatan listrik sebesar +2/3e sedangkan quark d, s, b memiliki muatan listrik sebesar -1/3e. Secara umum quark disimbolkan dengan huruf q sedangkan anti-quark disimbolkan dengan . Jika suatu partikel terdiri dari tiga quark dalam susunannya maka disebut sebagai baryon sebagai contoh adalah proton yang terdiri dari quark uud sedangkan neutron terdiri dari kuark udd, maka proton dan neutron disebut juga sebagai baryon. Selanjutnya jika suatu partikel terdiri dari pasangan satu quark dan anti-quark maka disebut sebagai meson. Contoh meson yang sudah diketahui adalah meson (pion) terdiri dari pasangan quark u dan anti-quark . Baryon dan meson dapat pula dikelompokan sebagai hadron. Baru-baru ini ditemukan bukti keberadaan lima kombinasi quark membentuk partikel, disebut jenis pentaquark.

Lepton adalah salah satu golongan partikel fundamental yang terdiri dari elektron (e) sebagai partikel bermuatan negatif yang paling ringan, muon (μ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 200 kali lebih besar dari massa elektron dan tau (τ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 3500 lebih besar dari massa elektron. Selain ketiga jenis partikel elementer di atas terdapat pula tiga partikel elementer yang lain yang termasuk dalam lepton yaitu tiga jenis neutrino. Setiap neutrino diasosiasikan dengan setiap jenis partikel elementer di atas dan diberi nama masing-masing sebagai neutrino-elektron (), neutrino-muon () dan neutrino-tau (). Neutrino merupakan golongan lepton yang unik dimana selain tidak memiliki muatan listrik, neutrino juga tidak memiliki massa. Berdasarkan tata cara penggolongannya, lepton dapat dibagi atas 6 jenis yaitu :

• e (electron), μ (muon), τ(tau)
• ν_e (electron neutrino), ν_μ (muon neutrino), ν_τ (tau neutrino)

Sumber:

1. F. Halzen dan A.D. Martin (1984), Quarks and Leptons, Willey and Sons Inc.
2. A. Beiser (1981), Concepts Of Modern Physics, Mc Graw-Hill Inc.
3. Gambar dari google.co.id (quarks and leptons).