- Hasil saintifik pertama dari pengesan neutrino Juno
- Pengukuran paling tepat setakat ini terhadap dua aspek neutrino
- Partikel subatomik ini dapat melalui segalanya
- Usaha penyelidikan besar bertujuan untuk mendedahkan rahsia neutrino
WASHINGTON, 14 Jun — Penyelidik yang berusaha menyelesaikan misteri neutrino telah mendedahkan hasil saintifik pertama dari kemudahan bawah tanah baru di China — pengukuran paling tepat setakat ini terhadap aspek-aspek tertentu partikel subatomik yang menyerupai hantu ini.
Data ini diperoleh dari Juno — singkatan bagi Jiangmen Underground Neutrino Observatory — yang menggunakan pengesan partikel yang dibina di bawah sekitar 2,130 kaki (650 meter) batu di bawah sebuah bukit berhampiran bandar Kaiping di provinsi Guangdong, selatan China.
Para saintis memperincikan penemuan mereka dalam satu kajian yang diterbitkan pada hari Rabu dalam jurnal Nature, berdasarkan data yang dikumpulkan semasa tempoh operasi awal selepas penyelesaian pengesan itu tahun lalu — selama lebih kurang 59 hari, dari 26 Ogos hingga 2 November.
“Ini penting bukan sahaja kerana angka tersebut berguna untuk fizik neutrino, tetapi juga menunjukkan prestasi Juno sebagai pengesan berskala besar yang baru,” kata Yifang Wang, seorang fizikawan di Institut Fizik Tenaga Tinggi Akademi Sains China di Beijing dan jurucakap Kolaborasi Juno.
“Kertas ini menunjukkan bahawa eksperimen ini bermula dari asas yang kukuh,” kata Wang.
Bersama dengan DUNE — singkatan bagi Deep Underground Neutrino Experiment — di Amerika Syarikat dan eksperimen Hyper-Kamiokande di Jepun, Juno adalah salah satu daripada tiga projek utama yang dijangka membentuk fizik neutrino dalam beberapa dekad akan datang.
“Neutrino adalah partikel asas dan sangat banyak muncul di dalam alam semesta, tetapi masih antara yang paling sukar difahami,” kata Wang.
Neutrino dapat melalui apa sahaja, jarang sekali berinteraksi dengan materi. Malah, trilion neutrino melintasi tubuh kita setiap saat tanpa kita sedari.
Dihasilkan di tempat-tempat seperti inti matahari dan bintang-bintang yang meletup, neutrino boleh hadir dalam tiga jenis atau “rasa” dan boleh berubah dari satu kepada yang lain, dipanggil osilasi, semasa mereka bergerak. Perbezaan dalam jisim, dikenali sebagai pengaturan jisim, antara jenis neutrino tetap sebagai soalan penting yang belum terjawab.
“Tujuan utama Juno adalah untuk menentukan pengaturan jisim neutrino, yang bermaksud urutan negeri jisim neutrino. Kami tahu bahawa neutrino mempunyai jisim, tetapi kami masih tidak tahu negeri jisim mana yang paling ringan dan yang paling berat,” kata Wang.
“Hasil pertama ini belum mencapai penentuan pengaturan jisim. Nilainya adalah ia mengesahkan pengesan dan analisis menggunakan data sebenar,” kata Wang.
Juno mengukur dua daripada enam parameter osilasi neutrino asas dengan ketepatan terbaik setakat ini, kata Wang, sekitar 1.6 kali lebih baik daripada pengukuran sebelum ini.
Setiap jenis partikel materi biasa mempunyai antipartikel yang bersesuaian dengan jisim yang sama tetapi dengan cas elektrik yang bertentangan — positif, negatif atau neutral, seperti yang berlaku dengan neutrino. Oleh itu, setiap neutrino mempunyai antineutrino bersesuaiannya.
Pendekatan utama eksperimen Juno dalam mengukur osilasi neutrino adalah melalui pemerhatian antineutrino yang berasal dari loji tenaga nuklear Yangjiang dan Taishan, yang terletak sekitar 53 km dari pengesan. Dua parameter yang terlibat adalah berkaitan dengan perilaku antineutrino.
Pengesan Juno adalah sebuah tangki sfera besar yang dipenuhi dengan 20,000 tan cecair organik yang memancarkan cahaya dalam persekitaran gelap apabila partikel termasuk antineutrino melaluinya.
Neutrino adalah partikel asas, bermakna ia tidak dibina daripada apa-apa yang lebih kecil, menjadikannya salah satu unsur asas alam semesta. Oleh kerana neutrino tidak mempunyai cas elektrik, mereka tidak terganggu oleh walau medan magnet paling kuat. Semasa neutrino bergerak melalui ruang, mereka melintasi materi tanpa halangan — bintang, planet dan apa sahaja.
Penyelidik dapat menelusuri neutrino kembali kepada sumbernya, dan dengan demikian mempelajari beberapa proses paling berenergi di alam semesta. Mereka mungkin kunci untuk memahami asal usul materi dan keluasannya dalam alam semesta berbanding antimateri, sifat materi gelap dan tenaga gelap, serta selok-belok supernova.
Wang menyatakan bahawa Juno akan mengkaji neutrino dari matahari, Bumi, atmosfera, dan mungkin dari supernova di masa depan.
“Bilangan neutrino yang sangat besar melintasi Bumi setiap saat, tetapi hanya sebahagian kecil yang berinteraksi. Itulah sebabnya eksperimen seperti Juno memerlukan pengesan yang sangat besar, tapak bawah tanah yang dalam, perisai yang berhati-hati dan operasi yang stabil dalam jangka masa panjang,” kata Wang.
Juno, yang menelan kos lebih daripada AS$300 juta (RM1.2 bilion), mewakili kerjasama sains antarabangsa. Wang berkata Juno, DUNE, dan Hyper-Kamiokande adalah usaha pelengkap.
“Mereka menggunakan teknologi dan sumber neutrino yang berbeza, jadi setiap satu memberikan perspektif yang berbeza terhadap beberapa soalan paling penting dalam fizik neutrino. Bersama-sama, mereka akan menyediakan pemahaman yang lebih luas dan kukuh mengenai sifat neutrino,” kata Wang. — Reuters
