Materi gelap

Tidak ada bukti pengaruh materi gelap pada gaya antara nuclei

NASA/ESA/Richard Massey (California Institute of Technology) / Public domain

Alam semesta utamanya terdiri dari zat dan energi yang belum dipahami. ‘Materi gelap’ dan ‘energi gelap’ ini tidak langsung terlihat oleh mata telanjang atau melalui teleskop. Astronom hanya dapat memberikan bukti keberadaannya secara tidak langsung, berdasarkan bentuk galaksi dan dinamika alam semesta. Materi gelap berinteraksi dengan materi normal melalui gaya gravitasi, yang juga menentukan struktur kosmik materi normal yang terlihat.

Belum diketahui apakah materi gelap juga berinteraksi dengan dirinya sendiri atau dengan materi normal melalui tiga gaya fundamental lainnya – gaya elektromagnetik, gaya nuklir lemah dan kuat – atau gaya tambahan. Bahkan eksperimen yang sangat canggih sejauh ini belum dapat mendeteksi interaksi semacam itu. Artinya jika memang ada, itu pasti sangat lemah.

Untuk menjelaskan lebih lanjut tentang topik ini, para ilmuwan di seluruh dunia sedang melakukan berbagai percobaan baru di mana aksi kekuatan fundamental non-gravitasi terjadi dengan sesedikit mungkin gangguan dari luar dan tindakan tersebut kemudian diukur dengan tepat. Setiap penyimpangan dari efek yang diharapkan dapat mengindikasikan pengaruh materi gelap atau energi gelap. Beberapa eksperimen ini sedang dilakukan seperti yang bertempat di CERN, the European Organization for Nuclear Research di Jenewa. Tetapi percobaan skala laboratorium, misalnya di Düsseldorf, juga mampu, jika dirancang untuk presisi maksimum.

Tim yang bekerja di bawah bimbingan Prof. Stephan Schiller dari Institute of Experimental Physics di HHU telah mempresentasikan temuan-temuan dari eksperimen presisi untuk mengukur kekuatan listrik antara proton (“p”) dan deuteron (“d”) dalam jurnal Nature. Proton adalah inti atom hidrogen (H), deuteron yang lebih berat adalah inti deuterium (D) dan terdiri dari proton dan neutron yang terikat bersama.

Fisikawan Düsseldorf mempelajari benda yang tidak biasa, HD +, ion dari molekul hidrogen yang sebagian dideuterisasi. Salah satu dari dua elektron yang biasanya terkandung dalam kulit elektron hilang dalam ion ini. Jadi, HD + terdiri dari proton dan deuteron yang diikat bersama oleh satu elektron, yang mengkompensasi gaya listrik tolak di antara mereka.

Hal tersebut menghasilkan jarak tertentu antara proton dan deuteron, yang disebut sebagai ‘panjang ikatan’. Untuk menentukan jaraknya, fisikawan HHU mengukur laju rotasi molekul dengan presisi sebelas digit menggunakan teknik spektroskopi yang baru mereka kembangkan. Para peneliti menggunakan konsep yang juga relevan di bidang teknologi kuantum, seperti perangkap partikel dan pendinginan laser.

Sangat rumit untuk mendapatkan panjang ikatan dari hasil spektroskopi, dan dengan demikian untuk mengurangi kekuatan gaya yang diberikan antara proton dan deuteron. Ini karena gaya tersebut memiliki sifat kuantum. Teori kuantum elektrodinamika (QED) yang diusulkan pada 1940-an harus digunakan di sini. Seorang anggota tim penulis menghabiskan dua dekade untuk memajukan perhitungan yang rumit dan baru hingga mampu memprediksi panjang ikatan dengan presisi yang memadai.

Prediksinya sesuai dengan hasil pengukuran. Dari kecocokan itu seseorang dapat menyimpulkan kekuatan maksimum dari modifikasi gaya antara proton dan deuteron yang disebabkan oleh materi gelap. Schiller berkomentar: “Tim saya sekarang telah mendorong batas atas ini lebih dari 20 kali lipat. Kami telah menunjukkan bahwa materi gelap berinteraksi jauh lebih sedikit dengan materi normal dari kemungkinan sebelumnya. Bentuk materi misterius ini terus menyamar, setidaknya di lab! ”

Jurnal Referensi:

Alighanbari, S., Giri, G.S., Constantin, F.L. et al. Precise test of quantum electrodynamics and determination of fundamental constants with HD+ ions. Nature 581, 152–158 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2261-5

Tautan ke artikel asli: HHU physicists: No evidence of an influence of dark matter on the force between nuclei / Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Artikel ini ditulis sebelumnya dalam bahasa inggris oleh Editorial staff / A.C. dari Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

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