Selama beberapa dekade, fisika kuantum telah meramalkan penciptaan partikel secara spontan dari ruang yang tampaknya kosong—sebuah konsep yang dikenal sebagai partikel virtual. Kini, untuk pertama kalinya, para ilmuwan di Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) telah menelusuri evolusi partikel “sesuatu dari ketiadaan” ini, dan mengonfirmasi keberadaan dan perilakunya dalam sebuah eksperimen inovatif. Temuan yang dipublikasikan di Nature ini memberikan bukti langsung tentang partikel yang berasal dari ruang hampa kuantum dan menjelaskan pertanyaan mendasar tentang massa dan sifat realitas.
Kekosongan Kuantum: Tidak Begitu Kosong
Alam semesta, pada tingkat paling dasar, tidak berisi apa pun. Sebaliknya, teori kuantum menyatakan adanya “ruang hampa” yang penuh dengan partikel-partikel virtual yang berkedip-kedip karena ketidakpastian yang melekat dalam mekanika kuantum. Partikel-partikel ini tidak bertahan lama, karena prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa energi dan waktu tidak dapat diketahui secara pasti. Hal ini memungkinkan partikel dan antimaterinya untuk secara singkat “meminjam” energi dari ruang hampa, yang ada sesaat sebelum musnah.
Secara tradisional, pengaruh partikel-partikel ini bersifat tidak langsung—diamati melalui pengaruhnya terhadap fenomena lain. Namun peneliti RHIC kini telah mengamati prosesnya secara langsung.
Tabrakan dan Keterikatan: Menjadikan Yang Tak Terlihat Menjadi Nyata
Di RHIC, fisikawan bertabrakan dengan proton dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan cahaya, sehingga menciptakan kondisi energi ekstrem. Tabrakan ini memberikan “dorongan” yang diperlukan agar partikel maya menjadi nyata. Ketika pasangan partikel maya muncul dalam lingkungan berenergi tinggi ini, ia dapat memanfaatkan energi tumbukan untuk menstabilkan dan bertahan.
Eksperimen ini berfokus pada pasangan quark “aneh”—partikel fundamental yang, ketika tercipta, dengan cepat bergabung dengan partikel lain untuk membentuk hiperon lambda. Hyperon ini berumur pendek, membusuk hampir seketika menjadi partikel yang dapat dideteksi. Dengan melacak produk peluruhan, fisikawan dapat menyimpulkan arah putaran hyperon lambda asli dan, yang terpenting, korelasi putaran quark aneh penyusunnya.
Pengamatan utamanya adalah bahwa quark ini secara konsisten menunjukkan putaran paralel. Penyelarasan ini menunjukkan bahwa mereka berasal dari pasangan yang terjerat dari ruang hampa kuantum, mempertahankan koneksi mereka bahkan ketika mereka terbang terpisah setelah tabrakan.
Mengonfirmasi Prediksi Lama
Temuan ini memvalidasi prediksi teoretis berusia 30 tahun yang dibuat oleh fisikawan Dmitri Kharzeev dan rekannya. “Sangat menarik melihat alam mengikuti prediksi ini,” kata Kharzeev, menyoroti pentingnya konfirmasi eksperimental untuk gagasan teoretis yang sudah lama ada.
Kemampuan mengamati proses ini membuka jalan baru untuk memahami salah satu misteri terbesar dalam fisika nuklir: asal usul massa proton. Quark di dalam proton hanya menyumbang sebagian kecil dari total massanya; 99% sisanya diyakini berasal dari interaksi dengan partikel virtual di ruang hampa. Dengan menelusuri perjalanan dari partikel virtual ke partikel nyata, para ilmuwan berharap dapat mengungkap bagaimana massa ini dihasilkan.
Akhir Sebuah Era, Fajar Riset Baru
RHIC akan mengakhiri pengoperasiannya selama 25 tahun minggu ini, dengan bagian-bagian mesinnya digunakan kembali untuk Electron-Ion Collider yang akan datang. Fasilitas baru ini berjanji untuk melanjutkan penemuan-penemuan ini, mengeksplorasi lebih jauh dinamika tersembunyi dari ruang hampa kuantum dan bahan-bahan dasar materi.
Pengamatan langsung terhadap partikel yang muncul dari ketiadaan merupakan langkah maju yang besar dalam pemahaman kita tentang alam semesta, menjembatani kesenjangan antara teori dan eksperimen dalam bidang fisika kuantum. Implikasi dari penelitian ini akan terus berkembang ketika para ilmuwan mendorong batas-batas pengetahuan kita tentang hakikat realitas.
