Fisikawan Ernst Rutherford tampil ke permukaan setelah perbincangan tentang struktur atom memanas. Beliau adalah seorang eksperimentalis gigih yang hanya bersedia mengajukan model teori berdasarkan percobaan dan berbagai perhitungan handal yang ia pahami. Ketika itu, beliau sedang menjabat sebagai profesor fisika di Universitas Manchester, dan bersama mahasiswa-mahasiswanya, beliau mengadakan riset untuk menyelidiki radioaktivitas. Pada tahun 1908, Rutherford mendapatkan ilham: jangan-jangan penembakan partikel alfa ke suatu bahan akan memberi petunjuk dalam mempelajari struktur atom. Bersama dengan Hans Geiger dan Marsden, ia mempelajari penghamburan partikel alfa ketika ditembakkan ke selaput tipis emas. Mikroskop mengamati percikan-percikan sinar kecil pada saat partikel alfa menumbuk layar berpendar.
Pada percobaan pertama ditemukan bahwa sebagian besar hamburan bersudut kecil, sekitar 100. Tapi ada juga partikel-partikel alfa yang dihamburkan dengan sudut yang mencapai 1000 bahkan lebih. Hal itu jauh lebih besar dari perkiraan model kismis, model atom yang diterima ketika itu. Pada mulanya Rutherford tidak yakin ada partikel yang dihamburkan dengan sudut yang lebih besar lagi, namun ia pun tak menutup kemungkinan untuk mencobanya. Eksperimen pun dikembangkan dengan meliputi layar berpendar pada sisi-sisi objek selaput tipis emas, sehingga semua kemungkinan hamburannya bisa diselidiki. Bukan main kagetnya ketika mereka menemukan ternyata ada partikel alfa yang dipantulkan. “Betul-betul tidak masuk akal! Itu seperti menembakkan peluru 15 inchi ke selembar kertas tisu, tapi peluru tersebut justru memantul balik”, demikian Rutherford berkomentar.
Atom Nuklir
Berbagai penafsiran selanjutnya memunculkan model atom nuklir. Pantulan-pantulan balik tersebut dipastikan akibat tumbukkan tunggal. Berdasarkan perhitungan matematis yang matang, hasil sebesar itu mustahil didapatkan kecuali jika massa atom terkumpul pada inti yang kecil di pusatnya. Dari percobaan hamburan itu, ukuran inti bisa diperkirakan. Kalau partikel alfa bergerak lurus mendekati inti, energi kinetiknya akan diubah menjadi anergi potensial listrik, sehingga gerakannya akan melambat, melambat, dan akhirnya berhenti. Oleh karena itu, jarak terdekat antara partikel alfa dan inti bisa dihitung dengan hukum kekekalan energi.
Dari perhitungan Rutherford didapatkan bahwa inti hanya menempati 1×10-9 atau seper-semiliar ruang atom. Jadi, atom hampir kosong sama sekali. Sebagian besar partikel, misalnya alfa, beta, gama, elektron, neutron, dan sebagainya, mampu menembus ribuan lapisan atom dalam selaput logam, dan sesekali akan terjadi pemantulan balik. Berdasar hal ini, Rutherford selanjutnya memberanikan diri untuk mengajukan model atom yang mirip tata surya. Ia berasumsi bahwa atom tersusun atas elektron-elektron yang selalu mengitari inti, seperti planet-planet yang selalu mengelilingi matahari. Tarikan listrik menimbulkan gaya sentripetal yang mempertahankan elektron bergerak pada orbitnya, seperti planet-planet yang senantiasa mempertahankan diri terhadap gravitasi matahari sehingga membentuk orbit-orbit tertentu.
Model Rutherford menimbulkan persoalan lain, jika elektron bergerak mengelilingi inti, berarti ada percepatan yang timbul. Kalau demikian adanya, mengapa atom tidak memancarkan radiasi kontinyu sebagaimana diperkirakan Teori Elektromagnetisme? Elektron akan bergerak spiral terhadap inti, sehingga ia akan jatuh ke dalam inti. Dengan begitu, elektron akan kehilangan energinya, runtuh-hancur berkeping-keping, dalam sepersekian detik. Hal itu menunjukkan bahwa asumsi-asumsi fisika klasik terutama Teori Elektromagnetisme tidak bisa diterapkan, dan bahkan karena ukuran massa partikel-partikel subatomik terlampau kecil, gravitasi dan mekanika Newton pun bisa diabaikan.*
Nukleoaktivitas
Arus fisika yang berkembang seabad terakhir ini bersumber dari mata air ini. Bagaimana jika sekarang ada mata air baru yang berpotensi jauh lebih deras? Mata air itu bernama “Nukleoaktivitas”. Nukleoaktivitas adalah sistem yang terletak pada pusat setiap partikel, termasuk elektron. Nukleoaktivitas memiliki tungku energi yang menjadikan elektron-elektron mandiri dalam aktivitasnya, termasuk dalam berinteraksi dengan partikel-partikel lain. Oleh karena itu, dalam model Rutherford, elektron tidak perlu bergerak spiral dan akhirnya jatuh ke dalam inti. Elektron memiliki energi untuk mempertahankan diri terhadap tarikan gravitasi dan elektromagnetisme inti, seperti planet-planet terhadap matahari. Dan nukleoaktivitas adalah sumber dari energi yang dimaksud.
Dalam hal ini, nukleoaktivitas memiliki dua peran penting, di samping sebagai sumber kekuatan inti juga sebagai dapur pembentukan partikel. Setelah nukleoaktivitas teraktivasi, ia akan menyerap gelombang-gelombang yang berada di sekitarnya terus-menerus. Gelombang-gelombang yang berfrekuensi sama akan berkumpul dalam unit nukleoaktivitas untuk kemudian membentuk unit-unit nukleoaktivitas yang lebih kecil lagi. Mereka akan membuat sistem sendiri, dan menyerap gelombang-gelombang yang frekuensinya sama. Unit-unit itu terus memadat sampai suatu kelembaman tertentu sehingga terbentuklah partikel definitif. Jenis partikel ditentukan oleh seberapa besar frekuensi gelombang yang terlibat, misalnya elektron terbentuk dari frekuensi x Hertz dan kuark dibentuk dari frekuensi y Hertz, dengan variabel-variabel lain yang mungkin ikut berperan. Dengan kemampuan berinteraksinya, partikel-partikel yang telah terbentuk akan bergeser menjauhi pusat hingga mereka akan keluar dari sistem nukleoaktivitas induk. Mereka akan menempel di luar dinding nukleoaktivitas dan saling berinteraksi. Semakin waktu berjalan, semakin banyak partikel-partikel pengotor menempel di dinding nukleoaktivitas. Akumulasinya akan membentuk selubung yang terus bertumbuh.
Pada selubung yang sangat dinamis tersebut, beberapa partikel membentuk struktur yang lebih kompleks dan beberapa yang lain tetap menyendiri. Aktivitas pembentukan struktur tersebut dikenal sebagai reaksi fusi, yang diyakini para fisikawan sebagai satu-satunya sumber energi bintang, dan reaksi fisi. Tiga kuark tipe tertentu bergabung melalui suatu reaksi membentuk proton atau inti hidrogen. Proton, elektron, dan neutrino bergabung melalui suatu reaksi membentuk neutron. Empat inti hidrogen dan beberapa neutron bergabung melalui reaksi-reaksi rumit membentuk satu inti helium. Dua puluh inti hidrogen dan beberapa neutron melalui reaksi yang lebih rumit bergabung satu sama lain membentuk inti magnesium. Dan seterusnya semakin massif unsur yang terbentuk, semakin rumit reaksi-reaksinya. Beberapa struktur massv memiliki isotop yang tidak stabil, misalnya Uranium dan Plutonium. Jika misalnya ada neutron yang menabrak mereka, maka akan terjadi reaksi fisi sehingga mereka akan mengkonfigurasikan strukturnya menjadi beberapa inti yang lebih sederhana.
Setiap reaksi yang terjadi akan disertai pelepasan energi yang memenuhi hukum kekekalan energi-massa. Setiap reaksi fusi maupun fisi terdapat kehilangan kelembaman, karena beberapa gelombang bisa lolos dari ikatan nukleoaktivitas. Gelombang-gelombang yang lolos itu dipancarkan sebagai energi dalam bentuk cahaya, sinar gamma, dan gelombang elektromagnetik lain. Energi inilah yang akan menyebar di seantero antariksa.
Bagaimanakah nukleoaktivitas terbentuk? Gelombang elementer tersebar secara homogen dalam ruang-waktu. Usikan-usikan energi, misalnya petir dan tumbukan antarpartikel, akan mengganggu konsentrasi gelombang elementer. Gangguan-gangguan itu menyebabkan gelombang-gelombang melakukan polarisasi, interferensi, superposisi, dan sebagainya. Beberapa aktivitas serentak menciptakan spot kecil dalam ruang-waktu. Dalam kondisi tertentu, spot itu akan menarik gelombang-gelombang di sekitarnya, seperti tarikan osmosis garam terhadap cairan yang ada di sekitarnya. Besar-kecilnya spot yang terjadi tergantung usikan awalnya, semakin besar energi yang diberikan, semakin besar spot yang akan terjadi. Spot inilah yang kelak menjadi cikal-bakal nukleoaktivitas. Setiap detik triliunan spot mungkin terbentuk di lingkungan bumi. Namun, untuk membuat spot yang mampu menciptakan nukleoaktivitas, diperlukan usikan dengan energi yang sangat besar.
Pada awal tahun 2009, tim fisika dari CERN akan melakukan percobaan tumbukan hadron dalam mesin raksasa Large Hadron Collider (LHC). Percobaan ini dinyatakan sebagai percobaan terbesar fisika di planet ini. Energi yang diproduksi dalam mesin LHC dalam perhitungan kasar cukup untuk membentuk nukleoaktivitas. Apakah mungkin percobaan tersebut berhubungan dengan subjek ini?
*Disarikan dari: Seri Mengenal dan Memahami Teori Kuantum (JP. McEvoy dan
Oscar Zarate)
Mataram Time
Euro Exchange Rate
0 komentar:
Posting Komentar