Alasan Alam Semesta Tercipta: Kemungkinan Akibat Materi Gelap dan Antimateri

Antimatter dan materi gelap adalah dua misteri terbesar dalam dunia sains. Ilmuwan kini menyelidiki apakah keduanya dapat dihubungkan untuk menjelaskan terciptanya alam semesta.

Fisikawan saat ini belum mengetahui kenapa materi gelap dan antimatter tidak diproduksi dalam jumlah sama, baik sebelum atau sesudah alam semesta tercipta. Apabila ini terjadi—seperti hasil yang diharapkan dengan asumsi simetri di alam semesta—mater gelap dan antimatter yang berlawanan takkan meninggalkan apa-apa. Alam semesta takkan mungkin tercipta.

Eksperimen yang dipimpin Fundamental Symmetries Laboratory di lembaga penelitian Jepang Riken menyelidiki kemungkinan materi gelap— yang masih menjadi misteri—mendominasi antimatter.

Materi gelap adalah bentuk massa dan energi yang tidak berinteraksi dengan cahaya, membuatnya tak terdeteksi dalam pengamatan astronomi. Pengamatan efek gravitasi yang tak terduga menyiratkan ada materi lain yang tak terlihat. Secara hipotesis, apabila cara berinteraksi materi gelap berbeda dengan materi dan antimatter, maka akan menghasilkan ketidakseimbangan di antara keduanya. Hal ini menciptakan kondisi yang tepat bagi keberadaan materi tanpa dihancurkan oleh antimatter.

Teorinya diuji menggunakan eksperimen rancangan kolaborator proyek internasional BASE ( Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) yang mendeteksi interaksi antara antimatter dengan partikel axion hipotesis, yang diusulkan sebagai salah satu kandidat pembentuk materi gelap. Temuan mereka diterbitkan dalam jurnal Nature pada Rabu.

Dengan perangkat khusus, peneliti mengisolasi satu proton (antipartikel foton, bentuk partikel cahaya) agar tidak hancur melalui interaksi dengan foton. Mereka mengukur sifat antiproton yang harus konstan, mendalilkan fluktuasi yang diamati dapat menjadi hasil axion materi gelap.

Dalam eksperimen ini, peneliti tidak mengamati efek axion terhadap antiproton. Akan tetapi, peneliti utama Christian Smorra dari Riken Fundamental Symmetries Laboratory mengatakan percobaannya tetap mengalami kemajuan dalam menentukan seperti apa interaksi materi gelap-antimatter.

“Untuk pertama kalinya, kami secara eksplisit mencari interaksi antara materi gelap dan antimatter. Meski tidak menemukan perbedaan [antara efek pada materi dan antimateri], kami menetapkan batas atas baru untuk potensi interaksi antara materi gelap dan antimatter,” Smorra menyatakan.

Walaupun tak semuanya meyakini axion adalah kandidat pembentuk materi gelap terbaik, potensi teori materi gelap tertentu untuk menjelaskan misteri fisika lain—seperti antimatter/asimetri materi—memiliki peran besar dalam teori yang dijelajahi ilmuwan.

“Saya rasa tak satupun memercayai ada kandidat spesifik terbaik bagi materi gelap,” ujar David Morrissey, yang mendalami antimatter/asimetri materi di pusat akselerator partikel Kanada, TRIUMF. “Kami lebih mencari kandidat yang memiliki motivasi teoretis terbaik.”

Axion awalnya diusulkan untuk menjelaskan masalah asimetri lain dalam fisika partikel, dan kemudian dijadikan kandidat potensial untuk materi gelap. Morrissey menjelaskan apabila cara interaksi axion berbeda dengan materi dan antimatter, maka akan melanggar hukum fisika penting bernama simetri CPT (simetri muatan, paritas, dan pembalikan waktu).

Dia melanjutkan ada teori alternatif bernama “Asymmetric Dark Matter” yang mempertahankan simetri CPT dan menjelaskan dominasi materi terhadap antimatter sebagai konsekuensi dari interaksi materi gelap. Namun alih-alih materi gelap itu memiliki efek berbeda pada materi dan antimatter, ada kemungkinan dua jenis materi gelap: materi gelap dan anti-materi gelap. Teorinya juga memprediksi kelebihan materi gelap terhadap anti-materi gelap di alam semesta.

Morrissey mengatakan eksperimen Riken adalah yang terkemuka terlepas ada atau tidaknya informasi tentang interaksi antimatter-axion.

“Pengukuran aktualnya sangat sulit dan menjadi yang terkemuka dalam hal ketepatan,” ujarnya. “Batasan pada interaksi axion yang melanggar CPT dengan materi juga lebih baik daripada yang diperoleh sebelumnya.”

Artikel ini pertama kali tayang di VICE US.