Bagaimana Quark Ditemukan?

Fisika Inti dan Partikel

Bagaimana Kuark Ditemukan?

Alam semesta tersusun dari berbagai partikel elementer, yaitu partikel dasar pembentuk zat yang ada di alam semesta, termasuk air, tanah, udara, dan api. Pengkajian mengenai partikel elementer ini mulai dikenal pada abad ke-19, yaitu setelah Democritus mempublikasikan teori tentang atom. Teori ini kemudian dilanjutkan oleh John Dalton pada tahun 1803, yang mana atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi atau diuraikan lagi komponennya. Hal ini terbantahkan setelah ditemukannya Gejala Elektromagnetik. Dilanjutkan dengan penemuan ekektron oleh J. J. Thomaon (1897), kemudian penemuan proton oleh Rutherford (1911), hingga penemuan neutron oleh Chadwick (1932). Penemuan-penemuan ini dikenal sebagai partikel pembentuk atom, yaitu proton dan neutron sebagai pembentuk inti atom (nukleon) yang dikelilingi oleh elektron.

 Pengetahuan tentang partikel elementer pun mengalami penyempurnaan pada tahun 1950-an di mana proton, elektron, dan neutron ternyata merupakan partikel dasar yang terdiri dari partikel elementer yang lebih kecil lagi. Penemuan berupa tiga pecahan utama saat proton dan neutron dibelah ini diumumkan oleh fisikawan Murray Gell-Man dan George Zweig pada tahun 1964. Mereka menyebut partikel titik ini dengan Model Quark (dalam bahasa Indonesia disebut Kuark). Kata Quark diambil dari kutipan “Thee Quarks for Muster Mark” dari buku Finnegans Wake karangan James Joyce. Pada tahun yang sama, Yuval Ne’eman juga mengembangkan skema serupa dengan jalur unsur delapan (eightfold way), yaitu skema organisasi untuk kelas partikel subatom yang dikenal sebagai hadron yang mengarah pada perkembangan model Quark.

Pada awal teori kuark ini, partikel liar (particl zoo) dan partikel lainnya diikutkan. Namun, menurut Gell-Man dan Zweig partikel tersebut bukanlah partikel dasar, melainkan terdiri dari pasangan kuark dan antikuark. Model kuark menurut mereka terdiri dari tiga jenis, yaitu naik (up), turun (down), dan asing (stange). Jenis tersebut terlihat dari spin dan muatan listrik. Maksud dari jenis asing (strange) adalah tidak adanya isospin yang sama. Awalnya, para fisikawan menganggap apakah kuark adalah jenis entitas fisik atau abstrak karena konsep tersebut belum pernah dimengerti sebelumnya.

Belum sampai satu tahun setelah penemuan ketiga jenis kuark ini, Sheldon Lee Glashow dan James Bjorken memprediksi kuark jenis keempat yang disebut charm. Kuark charm memungkinkan mekanisme yang menyebabkan kuark  meluruh dapat dijelaskan lebih baik daripada interaksi lemah.

Model kuark ini kemudian dibuktikan dalam Eksperimen Hamburan Inelastis di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) pada tahun 1968. Hasil eksperimen tersebut menunjukkan bahwa proton mengandung benda yang lebih kecil seperti benda titik dan bukan partikel dasar. Benda tersebut kemudian disebut kuark naik dan kuark turun. Kuark asing juga tervalidasi secara tidak langsung dari eksperimen ini.

Pada tahun 1970an, kuark pesona diteliti lebih lanjut. Kuark yang tadinya tiga jenis mengalami pengembangan menjadi enam jenis hingga saat ini. Jenis-jenis kuark ini ditemukan dari berbagai eksperimen. Jenis kuark tersebut antara lain:

-          Tipe atas: up, charm, top

-          Tipe bawah: down, strange, beauty

Tipe atas masing-masing memiliki muatan listrik sebesar , sedangkan kuark tipe bawah memiliki muatan listrik sebesar . Antikuark memiliki muatan berlawanan dengan kuark dengan besar yang sama. Tanpa kuark atas, kuark bawah tidak akan memiliki pasangan untuk berikatan.

           Jika partikel terdiri atas tiga kuark dalam susuannya, maka disebut Baryon, contohnya poton (terdiri dari kuark up-up-down) dan neutron (terdiri dari kuark up-down-down). Sdankan jika partikel terdiri atas sepasang kuark dan antikuark, maka disebut sebagai Meson. Baryon dan Meson dapat pula dikelompokkan sebagai Hadron. Baru-baru ini ditemukan lima kombinasi kuark yang membentuk partikel sehingga disebut jenis pentakuark.

Kamila Munna

Referensi:

Farida, Ida. (2009). Analisis Sejarah Perkembangan Model Atom Berdasarkan Paradigma Kuhn [Daring]. Dapat diperoleh di http://digilib.uinsgd.ac.id/13183/1/Analisis%20Sejarah%20Perkembangan%20Model%20Atom%20Berdasarkan%20Paradigma.pdf. Diakses pada 20 Agustus 2019.

Griffith, David J. (1987). Introduction to Elementary Particel, edisi 2. Jerman: Whiley, John & Sons, Inc.

Rusmana, Encu. (2010). Sekilas Tentang Quark dan Lepton [Daring]. Dapat diperoleh di http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1274657407. Diakses pada 20 Agustus 2019.

Referensi tambahan: https://id.wikipedia.org/wiki/Kuark. Diakses pada 20 Agustus 2019.