Semesta

Bagaimana neutrino menyelamatkan kita dari kehancuran total

Photo by Miriam Espacio from Pexels

Dengan ditemukannya gelombang gravitasi, memberikan indikasi terjadinya transisi fasa sesaat setelah Ledakan Besar yang membuat partikel neutrino merombak kesetimbangan materi dan anti materi sehingga kehidupan muncul. Studi ini dilakukan oleh sebuah tim riset internasional.

Menurut teori Big Bang kosmologi modern, materi diciptakan dengan jumlah anti-materi yang sama. Jika tetap seperti itu, materi dan anti-materi pada akhirnya harus bertemu dan memusnahkan satu sama lain, yang mengarah ke penghancuran total.

Tetapi keberadaan kita bertentangan dengan teori ini. Untuk mengatasi penghancuran total, Semesta pasti telah mengubah sejumlah kecil anti-materi menjadi materi yang menciptakan ketidakseimbangan di antara mereka. Ketidakseimbangan yang dibutuhkan hanya sebagian dalam satu miliar. Masih menjadi misteri kapan dan bagaimana ketidakseimbangan itu terjadi.

“Semesta menjadi buram terhadap cahaya begitu kita melihat ke belakang ke sekitar sejuta tahun setelah kelahirannya. Ini membuat pertanyaan mendasar tentang ‘mengapa kita ada di sini?’ Sulit untuk dijawab, ” ucap penulis pendamping Jeff Dror, rekan pascadoktoral di University of California, Berkeley, dan peneliti fisika di Lawrence Berkeley National Laboratory.

Karena materi dan anti-materi memiliki muatan listrik yang berlawanan, mereka tidak dapat saling berubah, kecuali jika listriknya netral. Neutrino adalah satu-satunya partikel materi netral listrik yang kita tahu, dan mereka adalah pesaing terkuat untuk melakukan pekerjaan ini. Sebuah teori yang didukung oleh banyak peneliti adalah bahwa Semesta mengalami transisi fase sehingga neutrino dapat merombak materi dan anti-materi.

“Transisi fase seperti air mendidih menjadi uap, atau air dingin menjadi es. Perilaku materi berubah pada suhu tertentu yang disebut suhu kritis. Ketika logam tertentu didinginkan ke suhu rendah, ia kehilangan hambatan listrik oleh transisi fase, menjadi superkonduktor. Ini adalah dasar dari Magnetic Resonance Imaging (MRI) untuk diagnosis kanker atau teknologi maglev pada kereta sehingga dapat berjalan dengan kecepatan 300 mil per jam tanpa menyebabkan pusing. Sama seperti superkonduktor, transisi fase di awal Semesta mungkin telah menciptakan tabung medan magnet yang sangat tipis yang disebut cosmic strings, ” jelas penulis pendamping Hitoshi Murayama, MacAdams Professor of Physics di University of California, Berkeley, Principal Investigator di Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, University of Tokyo, dan senior faculty scientist at Lawrence Berkeley National Laboratory.

Dror dan Murayama adalah bagian tim peneliti dari Jepang, AS, dan Kanada yang percaya bahwa cosmic strings kemudian mencoba untuk menyederhanakan diri mereka sendiri, yang memicu gelombang gravitasi. Ini dapat dideteksi oleh future space-borne observatories seperti LISA, BBO (European Space Agency) atau DECIGO (Japanese Astronautical Exploration Agency) untuk hampir semua kemungkinan suhu kritis.

“Penemuan gelombang gravitasi membuka peluang untuk melihat lebih jauh ke masa lalu, karena Semesta transparan terhadap gravitasi awal. Ketika Alam Semesta mungkin triliunan kali lipat kuadriliun kali lebih panas daripada tempat terpanas di Semesta saat ini, neutrino cenderung berperilaku seperti yang kita butuhkan untuk memastikan kelangsungan hidup kita. Kami menunjukkan bahwa mereka mungkin juga meninggalkan jejak gelombang gravitasi yang dapat dideteksi untuk memberi tahu kita, ” jelas penulis pendamping Graham White, rekan pascadoktoral di TRIUMF.

cosmic strings dulunya populer sebagai cara menciptakan variasi kecil dalam kepadatan massa yang akhirnya menjadi bintang dan galaksi, tetapi mati karena data terbaru tidak memasukkan ide ini. Pekerjaan kami kini memasukannya kembali karena alasan yang berbeda. Ini menyenangkan!” ucap Takashi Hiramatsu, seorang postdoctoral fellow di Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, yang menjalankan detektor gelombang gravitasi Jepang KAGRA dan eksperimen Hyper-Kamiokande.

Gelombang gravitasi dari cosmic strings memiliki spektrum yang sangat berbeda dari sumber astrofisika seperti penggabungan lubang hitam. Sangat masuk akal bahwa kita akan sepenuhnya yakin bahwa sumbernya memang adalah cosmic strings, ” ucap Kazunori Kohri, Associate Professor di High Energy Accelerator Research Organization Theory Center di Jepang.

“Akan sangat menarik untuk mengetahui mengapa kita ada,”
ucap Murayama. “Ini adalah pertanyaan utama dalam sains.”

Jurnal Referensi:

Jeff A. Dror, Takashi Hiramatsu, Kazunori Kohri, Hitoshi Murayama, Graham White. Testing the Seesaw Mechanism and Leptogenesis with Gravitational Waves. Physical Review Letters, 2020; 124 (4) DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.041804

Tautan ke artikel asli: Researchers find way to show how the tiniest particles in our Universe saved us from complete annihilation / Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.