Assalamualaikum warahmatullah wabarakatuh
Jumpa lagi dengan saya Yudi
di video yang ke-3 dari Seri Fisika Subatomik.
Di video kali ini kita akan membahas tentang
Interaksi Fundamental
atau nama lainnya Gaya Fundamental.
Kita sudah belajar tentang partikel elementer.
Nah... Tanpa adanya gaya, partikel elementer itu
tidak akan membentuk apapun, Guys.
Tidak akan terbentuk proton,
neutron
atom
ataupun molekul.
Dan pada akhirnya tidak akan ada udara
tidak ada bumi, tidak ada matahari
dan tidak akan ada kehidupan, Guys.
Untuk membentuk alam semesta
ada empat gaya fundamental
yang bekerja pada partikel.
Yang pertama, gaya gravitasi
kemudian gaya elektromagnetik,
gaya nuklir lemah atau weak nuclear force,
dan terakhir gaya nuklir kuat
atau strong nuclear force.
Gaya nuklir lemah biasa disingkat
dengan gaya lemah saja
atau weak force
dan gaya nuklir kuat juga biasa disingkat
dengan gaya kuat saja
atau strong force.
Kata nuklirnya boleh dihilangkan
Teori yang mendasari gaya gravitasi adalah
teori Relativitas Umum dari Albert Einstein.
Untuk gaya elektromagnetik
teorinya adalah Elektrodinamika Kuantum
atau Quantum Electrodynamics.
Untuk gaya nuklir lemah teorinya adalah Elektrolemah
atau Electroweak Theory.
Dan untuk gaya nuklir kuat
teorinya adalah Quantum Chromodynamics.
Disebut fundamental karena gaya-gaya ini adalah
gaya yang paling dasar.
Jadi semua gaya yang lain
yang ada di alam semesta ini adalah
turunan dari keempat gaya ini, Guys.
Gaya nuklir kuat itu termanifestasikan
pada dua fenomena.
Fenomena pembentukan hadron
dan pembentukan inti atom.
Karena prosesnya beda maka disini dipisahkan
menjadi gaya nuklir kuat fundamental
dan gaya nuklir kuat residual.
Pertama, partikel perantara.
yaitu partikel yang membawa gaya.
Sebagai contoh,
partikel yang membawa gaya nuklir kuat
fundamental adalah gluon.
Artinya, jika ada partikel yang berinteraksi
secara nuklir kuat dengan partikel lain
maka yang terjadi adalah kedua partikel tersebut
akan saling bertukar gluon,
yang pada akhirnya menjadi efek tarik-menarik
dengan ikatan yang sangat kuat.
Kedua, partikel yang dikenai.
Jadi tidak semua partikel itu mengalami
keempat gaya fundamental sekaligus.
Ada partikel yang hanya mengalami satu gaya,
ada yang mengalami dua gaya dan
ada yang mengalami semua gaya.
Sebagai contoh
gaya elektromagnetik hanya akan dialami oleh
partikel yang punya muatan listrik.
Jadi, neutrino tidak akan pernah terpengaruh
oleh gaya elektromagnetik
karena muatan listriknya adalah nol atau netral.
Berikutnya
variabel yang dipengaruhi oleh gaya tersebut
Contoh, gaya nuklir lemah
akan berlaku pada variabel flavor.
Jadi gaya nuklir lemah bisa merubah
partikel yang tadinya berflavor strange quark
misalnya, menjadi up quark
atau bottom quark menjadi charm quark
atau muon menjadi neutrino.
Selanjutnya, contoh bentukan di alam semesta.
Gaya nuklir kuat residual misalnya
contoh hasil nyatanya adalah
terbentuknya nukleus, atau inti atom.
Sedangkan contoh bentukan dari gaya gravitasi
adalah terbentuknya tata surya.
Ada bumi, ada matahari,
ada planet-planet, ada bulan
galaxy dan sebagainya.
Berikutnya, kita bicara tentang kekuatannya.
Dari keempat gaya fundamental,
sesuai namanya gaya nuklir kuat adalah yang terkuat.
Jika dibandingkan dengan gaya elektromagnetik
gaya ini 60 kali lipat lebih kuat.
Sedangkan yang pertama adalah gaya gravitasi.
Dibandingkan dengan gaya elektromagnetik
hanya sekitar 1/ 10^41.
Terakhir, jangkauan gaya.
Walaupun gaya gravitasi ini sangat lemah
tapi jangkauannya tak terhingga.
Sedangkan yang terpendek adalah gaya nuklir lemah,
yang hanya mencapai 10^-18 meter.
Nah, sekarang kita lihat contoh bagaimana
gaya fundamental ini membentuk atom.
Sebelum ada gaya,
partikel elementer itu tidak akan saling berinteraksi.
Gaya nuklir kuat fundamental
membuat up quark dan down quark saling berinteraksi.
Gaya ini mengumpulkan setiap tiga buah quark
menjadi hadron.
Dua jenis hadron yang paling stabil
atau paling banyak adalah proton dan neutron
Proton dan neutron harus dikumpulkan
menjadi inti atom.
Siapa yang bertanggungjawab membentuk?
Gaya nuklir kuat residual
Terakhir, tugas gaya elektromagnetik
adalah menarik elektron-elektron
untuk mengelilingi inti atom
membentuk atom sempurna.
Nah, tidak berhenti di situ
gaya elektromagnetik juga bertanggung jawab
mengumpulkan atom-atom membentuk molekul
dan juga mengumpulkan molekul-molekul
membentuk materi yang bisa kita lihat
dalam kehidupan sehari-hari, Guys.
Sekarang kita petakan partikel-partikel
berdasarkan gaya yang bekerja padanya.
Partikel yang hanya mengalami satu jenis gaya
tentu saja adalah partikel pembawa gaya itu sendiri.
Ada foton
yang hanya mengalami gaya elektromagnetik.
Ada graviton yang hanya mengalami gaya gravitasi.
Ada boson Z dan boson W
yang hanya mengalami gaya nuklir lemah.
Dan ada gluon yang hanya mengalami gaya nuklir kuat.
Sekarang kita bentuk diagram Venn.
Partikel yang mengalami gaya gravitasi
dan gaya nuklir lemah adalah
neutrino.
Partikel yang mengalami semua jenis gaya
kecuali gaya nuklir kuat
adalah kelompok lepton yaitu elektron,
muon dan tauon atau partikel tau.
Berikutnya, partikel yang mengalami semua gaya
kecuali gaya elektromagnetik
contohnya adalah neutral pion.
Terakhir, partikel yang mengalami
seluruh gaya fundamental
contohnya adalah proton, neutron,
semua jenis quark, pion+, pion- dan atom.
Beberapa ilmuwan, itu berpendapat bahwa
neutron walaupun dia muatan listriknya adalah netral
tapi dia mempunyai momen dipol,
jadi dia akan mengalami gaya elektromagnetik
seperti yang dialami oleh proton.
Tapi secara eksperimental belum ada bukti
yang menyatakan bahwa neutron itu
terpengaruh oleh gaya elektromagnetik.
sekarang kita buktikan bahwa gaya nuklir kuat
itu jauh lebih kuat dibanding dengan
gaya elektromagnetik.
Di dalam inti atom itu ada banyak proton.
Karena proton adalah partikel bermuatan listrik,
harusnya mereka saling tolak menolak
atau saling menjauh.
Tapi nyatanya, mereka bisa menyatu
bersama di dalam inti atom.
Artinya, ada gaya lain yang bekerja
untuk menyatukan mereka.
Sesuai hukum Coulomb,
gaya tolak-menolak dari dua buah partikel
itu ditentukan dari muatan listrik dan jaraknya.
Karena saling bersentuhan maka jaraknya adalah
dua kali jari-jari partikel
atau sama dengan diameternya.
Proton bermuatan 1e atau 1,6 x 10^-19 Coulomb.
Kita masukkan ke persamaan Coulomb,
didapatlah angka 57,6 Newton.
Ini seperti gaya gravitasi dari benda
yang beratnya 5,88 kg, Guys.
Ini baru dua proton.
Bagaimana kalau tiga?
empat
lima
enam dan seterusnya.
Maka akan semakin kuat juga gaya tolak menolaknya.
Jadi bisa dipastikan
gaya yang digunakan untuk menyatukan mereka
di dalam inti atom itu jauh lebih besar.
Makanya untuk atom dengan nomor massa berat
atau radioaktif
itu mulai tidak stabil
alias mudah meluruh,
karena karena gaya elektromagnetik dan
gaya nuklir kuatnya itu mulai saling mengalahkan.
Teori tentang empat gaya fundamental ini
masih belum final.
Para ilmuwan masih terus mencoba
menyederhanakannya lagi.
Salah satunya adalah teori yang menyatakan
bahwa sebenarnya gaya elektromagnetik
dan gaya nuklir lemah itu berasal dari gaya yang sama
hanya saja termanifestasikan secara berbeda.
Teori ini diberi nama electroweak theory.
Namanya diambil dari gabungan kata
elektromagnetic dan weak force.
Nggak berhenti di situ,
para ilmuwan mencoba teori-teori baru.
yang pada intinya kurang lebih menyatakan
"Jangan-jangan gaya nuklir kuat pun begitu,
sebenarnya berasal dari gaya yang sama
dengan electroweak,
hanya saja termanifestasikan secara berbeda."
Maka keluarlah Grand Unified Theory
atau disingkat GUT.
Terakhir, lebih ekstrim lagi
para ilmuwan mencoba menyatakan
bahwa keempat gaya fundamental
itu berasal dari satu gaya
yaitu gaya yang paling fundamental.
Teori ini dikenal dengan Theory of Everything
atau disingkat ToE.
Tapi teori hanyalah teori selama belum ada pembuktian.
Sampai sekarang masih diyakini bahwa
ada empat interaksi fundamental
atau gaya fundamental.
Masing-masing dari gaya fundamental ini
insya Allah akan dijabarkan satu per satu
jadi satu video untuk satu gaya fundamental.
Ikuti terus Seri Fisika Subatomik
Semoga bermanfaat.
Wassalamualaikum warahmatullah wabarakatuh.
