Tuesday, November 22, 2011
Hasil terakhir tentang kecepatan neutrino yang melebihi cahaya dapat diuji di Large Hadron Collider (LHC), menurut dua orang fisikawan di AS. Meskipun akselerator partikel Eropa itu tidak akan mampu sepenuhnya mengkonfirmasi atau membantah hasilnya, itu akan dapat menguji mekanisme yang diperkirakan terjadi ketika neutrino bergerak lebih cepat dari cahaya.
Awal dari perkiraan ini datang pada bulan September, ketika fisikawan Eksperimen OPERA di Italia, melaporkan bahwa neutrino berjalan melintasi 730 km bawah tanah muncul dan tiba 60 ns terlalu dini. Jika hasilnya benar, maka akan bertentangan dengan teori Einstein tentang relativitas khusus, yang mengatakan kecepatan cahaya adalah kecepatan maksimum yang mungkin.
 |
| Lorong Bawah LHC |
Memang, banyak fisikawan telah menunjukkan bahwa hasil OPERA seharusnya bertentangan dengan hasil experimen-experimen lain. Pada tahun 1987, misalnya, gelombang neutrino tiba di bumi sebagai hasil dari ledakan supernova yang jauh, tiga jam sebelum para astronom melihat cahaya dari kejadian tersebut. Jikapun neutrino se-superluminal seperti yang OPERA sarankan, kedatangan mereka tidak akan lebih awal dari tiga jam, tetapi lebih dari tiga tahun.
Habis pada energi tinggi
Pada akhir September, teori Sheldon Glashow dan Andrew Cohen di Universitas Boston menyoroti masalah lain yang potensial. Mereka mengembangkan sebuah kerangka teoritis yang memungkinkan neutrino berjalan sedikit lebih cepat dari cahaya, sesuai dengan hasil OPERA. Namun, mereka menemukan bahwa teori tersebut membuka proses lain yang tidak sesuai dengan fisika partikel. Secara khusus, menurut Glashow dan Cohen, neutrino superluminal harus dapat meluruh menjadi sepasang elektron-positron ditambah neutrino berenergi rendah. Akibatnya, spektrum neutrino di OPERA harus habis pada energi tinggi, tetapi hal ini tidak terjadi di OPERA.
Sekarang, Hooman Davoudiasl dari Brookhaven National Laboratory di New York dan Thomas Rizzo dari SLAC National Laboratory di California telah kembali memeriksa teori Glashow dan Cohen. Benar, framework tersebut akan membuka peluruhan neutrino dalam ruang hampa, terang Davoudiasl dan Rizzo, namun neutrino OPERA bergerak terutama melalui batu. Mungkin batu memperlambat peluruhan untuk beberapa alasan - misalnya dengan membuat neutrino bertransformasi atau "berosilasi" ke dalam jenis yang berbeda - yang berarti kerangka teori Glashow dan Cohen masih akan kompatibel dengan hasil OPERA.
Jika demikian, maka mekanisme Glashow dan Cohen harus muncul di tempat-tempat lainnya, terutama di LHC, jelas Davoudiasl dan Rizzo. Neutrino diproduksi di akselerator partikel, misalnya ketika top quark berenergi tinggi meluruh, tetapi hal itu biasanya tidak teramati karena mereka dapat menembus detektor. Tetapi jika mekanisme Glashow dan Cohen bekerja, maka beberapa neutrino harus meluruh dengan sendirinya, pada kira-kira satu meter dari tempat mereka diproduksi. Bagi seseorang yang mempelajari jejak partikel, peluruhan ini harus bermanifestasi sebagai sebuah pasangan elektron-positron berenergi tinggi yang dapat muncul secara tiba-tiba, entah dari mana. "Inilah yang menjadikan tanda di LHC," kata Rizzo.
"Menggunakan tumpukan driver untuk memecahkan telur"
Glashow dan Cohen setuju dengan Davoudiasl dan analisis Rizzo itu. Namun, mereka pikir itu akan terlalu banyak usaha: meskipun hasil yang positif akan mendukung keberadaan neutrino superluminal, hasil nol hanya akan menunjukkan bahwa framework teoretis gagal. Di sisi lain, pada experimen "long baseline" lainnya, seperti percobaan Minos di Fermilab di Amerika Serikat, memiliki kemampuan untuk menolak hasil OPERA. Percobaan Davoudiasl dan Rizzo akan menjadi "seperti menggunakan tumpukan-driver untuk memecahkan telur", kata Glashow.
Rizzo setuju bahwa eksperimen "long baseline" adalah cara terbaik ke depan. Tapi dia menunjukkan bahwa mungkin memakan waktu lebih dari setahun untuk mengadakan percobaan seperti itu yang mempunyai kepastian statistik yang cukup. "Sangat menarik untuk melakukan tes sebanyak mungkin, meskipun bergantung model, tes menggunakan teknik sebanyak mungkin akan kami tunggu," katanya. Rizzo menambahkan bahwa dataset yang ada dari LHC ATLAS dan eksperimen CMS harus mengungkapkan peluruhan neutrino, jika mereka ada. "Ini mungkin untuk memperoleh hasil dalam hitungan beberapa bulan," katanya.
Penelitian ini akan dipublikasikan di Physical Review D dan preprint yang tersedia di arXiv.
