Sains Populer: Mengenal Lebih Jauh Partikel Sub-Atomik (Bagian 1)

Naviri Magazine - Materi maupun anti-materi tersusun atas unit yang lebih kecil, yaitu atom (atau anti-atom). Kita ketahui bahwa atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron. Namun, jika memang sesederhana itu, tentu ilmu pengetahuan tentang ini akan berhenti sejak penemuan Bohr.

Pernahkah terpikir mengapa proton yang sama-sama bermuatan positif dapat terikat sangat kuat menjadi nukleus? Padahal seharusnya proton tersebut saling tolak menolak. Hal itu dikarenakan atom lebih dari sekadar partikel-partikel tersebut.

Dasar pembentuk materi dan anti-materi

Seperti namanya, Elementary Particle adalah partikel dasar yang menyusun suatu struktur yang lebih besar. Jika suatu partikel tidak memiliki unit penyusun yang lebih kecil lagi, maka itu adalah Elementary Particle.

Partikel ini juga bisa bergabung menjadi partikel lain, itulah yang disebut Composite Particle. Composite dan Elementary Particle inilah yang menyusun semua materi dan anti-materi.

Fermion vs Boson

Jenis pertama adalah jenis yang menjadi ‘struktur’ dari materi maupun anti-materi. Jenis ini disebut Fermion (diambil dari nama Enrico Fermi). Salah satu contoh fermion adalah elektron.

Jenis yang satu lagi mungkin agak asing bagi kita. Jenis ini adalah partikel yang merupakan ‘media’ pembawa energi (Energy-Carrying Particle). Jenis ini juga yang ‘memediasi’ interaksi antar fermion (interaksi adalah gaya, atau setidaknya mengandung gaya). Jenis ini yang namanya Boson (diambil dari Satyendra Nath Bose, fisikawan India). Foton (‘partikel cahaya’) adalah salah satu contohnya.

Fermionic Particle

Fermion pada dasarnya adalah seluruh materi dan anti-materi. Semua struktur penyusun materi dan anti-materi adalah fermion. Fermion sejatinya merupakan elementary particle, namun juga bisa mencakup composite particle (bila terdiri dari beberapa elementary particle, tersusun atas beberapa quark). Inilah yang kita ketahui sebagai proton, neutron, dan elektron (proton dan neutron itu Composite Fermion, sedangkan elektron itu Elementary Fermion.)

Karakteristik Fermion

Fermion memiliki beberapa karakteristik yang membedakannya dengan Boson. Properti atau karakteristik Fermion antara lain:

Fermion mengikuti Hukum Larangan Pauli. Intinya adalah tidak ada satu fermion pada waktu tertentu yang menempati kedudukan quantum yang bersamaan.

Selain itu, dalam teori spin, fermion memiliki spin bernilai setengah (1/2 atau -1/2). Spin menunjukkan momentum sudut partikel.

Fermion mengikuti statistik Fermi-Dirac.

Elementary Fermion: Quarks and Leptons

Quark adalah jenis fermion yang berinteraksi kuat dengan partikel lain, sedangkan lepton tidak. Quark memiliki 6 tipe quark, yaitu Up, Down, Strange, Charm, Bottom, dan Top. Oleh karena sifatnya yang dapat berinteraksi kuat, maka quark bisa membentuk Composite Particle, dan antar quark diikat oleh interaksi kuat yang dimediasi oleh boson (dalam hal ini gluon).

Sedangkan lepton tidak berinteraksi kuat dengan lainnya, namun masih bisa membentuk composite dalam skala atomik. Contoh lepton adalah elektron jika bermuatan -1, dan neutrino jika tidak memiliki muatan.

Composite Fermion: Baryon and Other Composites

Pada intinya, walaupun composite particle, kalau spinnya bernilai setengah bulat, berarti ia Composite Fermion. Untuk contoh paling gampang, kita ambil saja Baryon. Contoh baryon yang kita kenal sebagai proton dan neutron dari nukleus.

Proton tersusun atas 3 quarks, yang masing-masing quark terikat oleh gluon yang mengandung gaya sangat kuat. Neutron juga sama, bedanya ia punya 2 down quarks dan 1 up quark.

Bosonic Particle

Boson pada dasarnya adalah partikel yang mengandung atau membawa gaya. Boson seakan menjadi ‘lem’ yang mengikat materi (fermion) dengan gaya yang dibawanya. Boson juga tidak menempati ruang yang berarti bukan struktur dari materi, melainkan menumpuk atau menimbun di antara fermion (yang ini khusus buat Elementary Boson).

Baca lanjutannya: Sains Populer: Mengenal Lebih Jauh Partikel Sub-Atomik (Bagian 2)