4 hours ago
6
SNO+ menggantikan Observatorium Neutrino Sudbury di tambang Creighton dan menggunakan kembali beberapa peralatan pendahulunya. Namun, alih-alih air berat, observatorium ini diisi dengan alkilbenzena linier (LAB), yang digunakan secara komersial untuk pembu(Dok. Volker Steger/Science Photo Library)
MISTERI partikel neutrino yang selama puluhan tahun menjadi teka-teki fisika partikel perlahan mulai terungkap. Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) di Tiongkok menjadi salah satu eksperimen terbaru yang memberikan gambaran lebih presisi mengenai perilaku partikel yang dikenal sangat sulit dideteksi tersebut.
JUNO mulai beroperasi pada 2025 dan pada Juni 2026 mempublikasikan data awal mengenai osilasi neutrino. Hasil tersebut memberikan pengukuran dengan tingkat presisi yang belum pernah dicapai sebelumnya untuk sejumlah parameter osilasi neutrino.
Neutrino merupakan partikel subatomik yang hampir tidak berinteraksi dengan materi. Partikel ini tidak memiliki muatan listrik dan memiliki massa yang sangat kecil, sehingga miliaran neutrino dapat melintasi tubuh manusia maupun bumi setiap detiknya tanpa menimbulkan efek yang berarti.
Namun, sifat tersebut sekaligus membuat neutrino menjadi salah satu partikel paling sulit dipelajari.
Perjalanan untuk memahami neutrino bermula dari persoalan yang muncul dalam peluruhan beta. Pada 1930, fisikawan Austria Wolfgang Pauli mengusulkan keberadaan partikel yang belum diketahui untuk menjelaskan energi dan momentum yang tampak hilang dalam proses tersebut.
Pauli pada awalnya bahkan meragukan partikel yang diusulkannya dapat dideteksi. Namun, sekitar dua dekade kemudian, fisikawan Clyde Cowan dan Frederick Reines berhasil membuktikan keberadaan neutrino melalui eksperimen di dekat reaktor nuklir.
Penemuan tersebut membuka pertanyaan baru. Jika neutrino dihasilkan dalam reaksi nuklir, termasuk di dalam matahari, partikel tersebut seharusnya dapat digunakan untuk mempelajari proses yang terjadi di dalam bintang. Masalahnya, neutrino hampir selalu melintas begitu saja tanpa berinteraksi dengan materi.
Para ilmuwan kemudian menyadari bahwa satu-satunya cara untuk meningkatkan peluang menangkap neutrino adalah menggunakan detektor dengan jumlah materi yang sangat besar. Detektor tersebut juga harus ditempatkan jauh di bawah tanah atau lokasi yang terlindung dari gangguan radiasi lainnya.
Salah satu eksperimen awal paling penting dilakukan Raymond Davis Jr. dan timnya pada 1960-an. Mereka menempatkan detektor sekitar 1,5 kilometer di bawah tanah di tambang Homestake, South Dakota, Amerika Serikat.
Detektor tersebut berisi hampir 400.000 liter cairan berbasis klorin. Ketika neutrino matahari berinteraksi dengan inti klorin, proses tersebut dapat menghasilkan argon radioaktif yang kemudian dihitung oleh para peneliti.
Setelah eksperimen berjalan selama bertahun-tahun, jumlah neutrino yang terdeteksi ternyata hanya sekitar sepertiga dari jumlah yang diprediksi teori. Ketidaksesuaian itu kemudian dikenal sebagai "masalah neutrino matahari".
Jawaban atas teka-teki tersebut akhirnya muncul melalui eksperimen yang lebih besar di Jepang dan Kanada.
Di tambang Kamioka, Jepang, Masatoshi Koshiba mengembangkan Kamiokande, detektor yang menggunakan jutaan liter air ultra murni. Ketika neutrino berinteraksi dengan materi di dalam detektor, interaksi tersebut dapat menghasilkan partikel bermuatan yang bergerak sangat cepat dan memancarkan cahaya Cherenkov.
Cahaya tersebut kemudian ditangkap oleh susunan detektor sehingga memungkinkan ilmuwan mengidentifikasi interaksi neutrino.
Eksperimen Kamiokande, kemudian Super-Kamiokande, bersama Sudbury Neutrino Observatory (SNO) di Kanada, akhirnya memberikan penjelasan atas kekurangan neutrino yang sebelumnya membingungkan para ilmuwan.
Neutrino ternyata memiliki tiga jenis atau "rasa", yakni neutrino elektron, neutrino muon, dan neutrino tau. Partikel tersebut dapat berubah dari satu rasa ke rasa lainnya ketika bergerak melalui ruang. Fenomena ini dikenal sebagai osilasi neutrino.
Penemuan osilasi tersebut membawa konsekuensi besar bagi fisika. Agar dapat berosilasi, neutrino harus memiliki massa. Artinya, neutrino tidak sepenuhnya tidak bermassa seperti yang sebelumnya diasumsikan dalam model fisika partikel pada masa itu.
Eksperimen neutrino kemudian berkembang dengan skala yang semakin besar.
IceCube Neutrino Observatory di Antartika, misalnya, memanfaatkan es dalam jumlah sangat besar sebagai media pendeteksi. Observatorium tersebut memungkinkan para ilmuwan mempelajari neutrino berenergi tinggi yang berasal dari luar tata surya dan membantu menelusuri sumber partikel kosmik ekstrem.
Sementara itu, Cubic Kilometer Neutrino Telescope (KM3NeT) yang berada di dasar Laut Mediterania juga digunakan untuk mencari neutrino kosmik berenergi sangat tinggi. Deteksi partikel-partikel tersebut membuka peluang untuk mengidentifikasi sumber fenomena kosmik ekstrem, meski sejumlah sumbernya masih menjadi misteri.
JUNO di Tiongkok
JUNO dirancang untuk mempelajari neutrino dengan tingkat presisi sangat tinggi. Detektor tersebut menggunakan sekitar 20.000 ton cairan sintilator sebagai medium pendeteksi dan ditempatkan sekitar 700 meter di bawah tanah.
Data awal yang dirilis pada Juni 2026 menjadi salah satu capaian penting dalam perjalanan penelitian neutrino karena memberikan pengukuran presisi tinggi terhadap parameter osilasi neutrino.
Pengukuran tersebut diharapkan membantu ilmuwan menjawab sejumlah pertanyaan mendasar mengenai neutrino, termasuk bagaimana ketiga rasa neutrino saling berosilasi dan bagaimana susunan massa ketiganya.
JUNO juga bukan menjadi eksperimen terakhir dalam pencarian jawaban tersebut. Hyper-Kamiokande di Jepang dan Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) di Amerika Serikat dijadwalkan memasuki fase operasi pada akhir dekade ini.
Kehadiran berbagai observatorium tersebut menunjukkan bahwa penelitian neutrino masih jauh dari selesai. Partikel yang dahulu dianggap hampir mustahil dideteksi justru kini menjadi salah satu alat penting untuk menguji batas pemahaman manusia terhadap alam semesta.
Dari tambang jauh di bawah tanah hingga es Antartika dan dasar laut, para ilmuwan terus membangun detektor berukuran raksasa demi menangkap jejak partikel yang nyaris selalu lolos dari materi.
Setelah lebih dari tujuh dekade sejak keberadaannya pertama kali dibuktikan, neutrino perlahan mengungkap sifat-sifatnya. Setiap pengukuran baru bukan hanya membantu menjelaskan partikel tersebut, tetapi juga berpotensi membuka jalan menuju pemahaman baru tentang hukum dasar alam semesta. (H-4)
