Apa Itu Gluon?
Sekarang Saya Tahu Semesta – Gluon adalah pembawa kekuatan besar, salah satu dari empat kekuatan dasar. Partikel pembawa gaya seperti gluon, foton untuk gaya elektromagnetik, dan boson W dan Z. Sebagai pengusung gaya lemah dan merupakan partikel tak bermassa dengan putaran 1 dan secara kolektif disebut sebagai “boson pengukur”.
Inti Atom
Dua atau tiga quark. Misalnya, proton dan neutron yang menyusun inti atom disebut hadron, dan oleh karena itu terdapat quark dan gluon. Meskipun quark terkait dengan gluon, mereka berbeda karena mereka memiliki spin kuantum 1/2 dan memiliki massa, meskipun kecil. Contohnya, quark “naik” memiliki massa 2,01 MeV dan quark “turun” memiliki massa yang sedikit lebih berat dengan massa 4,79 MeV). Hanya seperlima atau setengah massa proton, quark dan gluon. Ia memiliki kesamaan yang tidak dapat eksis sebagai partikel bebas tanpa yang lain.
Meskipun fisikawan tidak dapat melihat gluon secara individu, tetapi tahu keberadaannya karena adanya bukti bahwa mereka ada dan dapat dijelaskan.
Gluon pertama kali diamati pada tahun 1979 dalam percobaan dengan akselerator cincin tandem elektron positron (PETRA). Persisnya di German Electron Synchrotron Laboratory (DESY). PETRA adalah cincin sepanjang 2,3 kilometer. Ia agak mirip dengan versi mini dari Large Hadron Collider. PETRA berfokus pada percepatan lepton, khususnya elektron dan pasangan antimaterinya, positron, bukan proton dan inti atom.
Materi Dan Anti-materi
Ketika materi dan antimateri bersatu, keduanya musnah. Ketika sebuah elektron meluruh menjadi positron, pasangan tersebut memusnahkan dan melepaskan quark dan antiquark. Kedua quark tidak dapat melepaskan diri satu sama lain – semakin mereka mencoba untuk menjauh satu sama lain.
Semakin besar gaya kuat di antara mereka (setidaknya sampai titik tertentu, sekitar 10^-15 m atau femtometers). Ini yang memungkinkan penyimpanan energi ekstra antara pasangan quark dan antiquark untuk pecah, disebut “hadronisasi”. Keberadaannya dalam partikel hadron yang terbentuk di daerah berbentuk kerucut dalam arah perjalanan quark dan antiquark asal. Daerah kerucut partikel hadron ini disebut jet. Dalam pemusnahan elektron-positron sederhana menghasilkan dua jet yang berlawanan, sesuai dengan quark dan antiquark.
Jika gluon itu nyata, pemusnahan elektron-positron juga harus menghasilkan gluon selain pasangan quark-antiquark. Gluon ini juga harus diharonisasi menjadi jet ketiga. Untuk menghemat momentum, gluon mengambil sebagian momentum dari salah satu quark. Ia kemudian mengubah arah pancaran sehingga pancaran hadron quark tidak lagi berhadapan langsung satu sama lain. Selanjutnya iamenghasilkan turunan gluon diaktifkan. Ini memang diamati dalam percobaan PETRA dan juga dalam percobaan berikutnya, yang mengkonfirmasi keberadaan gluon.
Tanya Jawab dengan Ahli Quantum Chromodynamics
Markus Diehl, Quantum Chromodynamics di DESY Theory Group, mengajukan beberapa pernyataan umum tentang gluon.
Bagaimana kita tahu gluon ada?
Banyak pengukuran yang sangat tepat dijelaskan dengan benar oleh teori quark dan gluon. Manifestasi langsung – dan secara historis pertama – gluon adalah pembentukan tiga awan partikel terpisah dalam tumbukan elektron-positron. Peristiwa yang kita sebut tiga jet hadron ini pertama kali diamati pada tahun 1979 pada tabrakan PETRA-DESY.
Mengapa gluon penting?
Gluon bertanggung jawab untuk mengikat quark dan dengan demikian untuk pembentukan – dan banyak sifat – proton dan neutron, sebagai Building Block inti atom.
Bisakah gluon dan quark dipisahkan?
Sejauh yang kita ketahui, quark dan gluon tidak dapat dideteksi sebagai partikel bebas, tetapi menyebabkan emisi hadronik. Dengan mencermati distribusi partikel dalam pancaran, seseorang dapat benar-benar menentukan apakah mereka lebih cenderung menjadi gluon atau quark.
Muatan warna dan kromodinamika kuantum
Teori kuantum yang mendominasi fisika dan berurusan dengan kekuatan gluon yang kuat untuk mengikat quark bersama dikenal sebagai kromodinamika kuantum, atau QCD. Dinamai oleh peraih Nobel terkenal Murray Gell-Mann. QCD berpusar di sekitar properti quark dan gluon yang disebut “muatan warna”, seperti yang dijelaskan oleh fisikawan di Universitas Georgia. Ini bukan warna yang sebenarnya, juga bukan muatan listrik yang sebenarnya (gluon bersifat netral secara elektris). Disebut demikian karena analog dengan muatan listrik, karena merupakan sumber interaksi yang kuat antara quark dan gluon, sama seperti muatannya. sumber interaksi Gaya elektromagnetik. Warna hanyalah cara gamblang, meskipun unik, untuk membedakan antara quark yang berbeda dan interaksinya dengan gaya kuat melalui gluon.
Quark dapat memiliki muatan warna yang disebut merah, hijau atau biru, dan dapat memiliki versi positif dan negatif (anti). Quark dapat berubah warna saat berinteraksi, dan gluon mempertahankan muatan warna. Misalnya, jika quark hijau menjadi quark biru, gluon harus mampu membawa muatan hijau-biru. Jika kita menghitung semua kombinasi warna dan antiwarna yang berbeda, pasti ada total 8 gluon yang berbeda. Ini seperti yang dijelaskan oleh John Baez. Bandingkan ini dengan gaya elektromagnetik yang bekerja dalam teori elektrodinamika kuantum (QED). Hanya ada dua kemungkinan muatan, positif atau negatif. QCD jauh lebih rumit daripada QED!
Quark Gluon Plasma
Bahwa gluon dan quark tidak dapat dipisahkan tidak sepenuhnya benar, tetapi itu membutuhkan kondisi yang sangat ekstrim yang tidak terlihat di alam sejak satu detik setelah Big Bang.
Beberapa triliun detik setelah Big Bang, suhu alam semesta awal masih sangat besar, seribu triliun derajat. Selama masa itu, bahkan sebelum hadron terbentuk, alam semesta muda dipenuhi sup quark dan gluon bebas yang dikenal sebagai quark-gluon plasma. Bersama dengan lepton, seperti neutrino dan elektron. Karena alam semesta sangat panas, quark dan gluon berputar dengan kecepatan cahaya dan memantul satu sama lain dengan terlalu banyak energi bahkan untuk gaya kuat yang menyatukan mereka.
Alam semesta mendingin dengan cepat saat mengembang, dan dalam sepersejuta detik pertama suhu turun drastis sebanyak 2 triliun derajat. Hal ini memungkinkan kekuatan yang kuat untuk mengikat quark dan gluon bersama untuk membentuk hadron pertama.
Dimungkinkan untuk mereproduksi plasma quark-gluon primordial dalam eksperimen akselerator partikel seperti yang dilakukan di CERN atau di Relativistic Heavy Ion Collider di Brookhaven National Laboratory.
Gambaran Terbentuknya Semesta Dimasa Awal
Inti atom dari unsur-unsur berat seperti emas atau timah bertabrakan dengan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya, menghasilkan bola api kecil yang cukup panas untuk memecah hadron menjadi plasma kuark-gluon.
Hampir seketika, bola api mendingin dan quark serta gluon bergabung kembali untuk membentuk semburan hadron, termasuk meson dua quark dan baryon tiga quark. Plasma quark-gluon sangat padat, dan sering kali jet hadron berjuang keras untuk melewatinya dan kehilangan energi. Fisikawan menyebutnya “quenching” seperti yang dijelaskan oleh fisikawan di CERN, dan ukuran quench serta distribusi umum dan energi pancaran dapat memberikan gambaran yang baik tentang sifat plasma quark-gluon. Misalnya, setelah mempelajarinya, fisikawan mengetahui bahwa ia berperilaku lebih seperti cairan sempurna dengan viskositas nol melebihi gas.
Dengan mempelajari sifat-sifat seperti ini, mereplikasi plasma quark-gluon dalam akselerator partikel dapat memberikan informasi kepada para ilmuwan tentang bagaimana kembali ke masa kelahiran alam semesta dan segera setelah Big Bang, ketika materi pertama kali muncul.