Detektor Dark Matter Terbesar Dunia Deteksi Sinyal Misterius

Telset.id – Detektor dark matter terbesar di dunia yang berlokasi di South Dakota, Amerika Serikat, mencatat sebuah interaksi subatomik yang tidak pernah terdokumentasikan dalam fisika. Peristiwa aneh ini terjadi hampir satu mil di bawah tanah dan berpotensi menjadi bukti langsung pertama keberadaan dark matter, atau bisa juga merupakan fenomena lain yang belum diketahui.

Para fisikawan yang menjalankan LZ Dark Matter Experiment melaporkan temuan ini dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada Selasa lalu dan telah diajukan ke jurnal Physical Review Letters. Interaksi yang terekam ini dinilai sangat tidak biasa sehingga para ilmuwan memutuskan untuk mempublikasikannya meskipun mereka belum dapat memastikan penyebab pastinya.

“Bagaimana Anda bisa memahami satu peristiwa ini?” ujar Tom Shutt, ahli astrofisika partikel di SLAC National Accelerator Laboratory sekaligus salah satu pendiri proyek LZ, kepada majalah Science. “Kami hanya memutuskan untuk mempublikasikannya dan berpikir sangat, sangat, sangat keras tentang apa peristiwa itu sebenarnya.”

Apa Itu Dark Matter dan Mengapa Penting?

Dark matter adalah substansi tak terlihat yang diperkirakan membentuk sekitar 85 persen dari seluruh massa di alam semesta. Substansi ini menjadi bagian penting dalam model kosmologi standar karena menyediakan “lem gravitasi” yang menyatukan seluruh galaksi.

Dark matter tidak dapat dilihat karena tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya. Substansi ini juga tidak berinteraksi dengan materi biasa kecuali melalui gravitasi. Jejak tarikan gravitasinya terlihat di seluruh alam semesta—galaksi tidak cukup masif untuk menyatukan diri dengan gravitasi mereka sendiri, sehingga tanpa kehadiran sesuatu yang memiliki massa luar biasa ini, alam semesta akan hancur berantakan.

Ada banyak kandidat untuk menjelaskan apa itu dark matter, tetapi teori yang paling dominan menyebutkan bahwa dark matter terdiri dari partikel masif yang berinteraksi lemah, atau yang dikenal sebagai WIMPs. Partikel-partikel ini diperkirakan memiliki massa seratus kali lipat proton, tetapi memiliki gaya nuklir yang sangat lemah sehingga tidak berinteraksi dengan partikel biasa.

Karena massanya yang besar, WIMPs bergerak jauh lebih lambat daripada partikel biasa. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengelompok dan membentuk “halo” raksasa yang menyediakan tarikan gravitasi bagi galaksi untuk terbentuk. Namun, belum ada definisi tunggal yang disepakati tentang WIMP, dan kemungkinan WIMPs bisa menjadi seluruh keluarga partikel, bukan hanya satu jenis saja.

Jika teori-teori ini benar, maka dari waktu ke waktu, WIMPs yang tersesat dapat menabrak inti atom yang tidak menaruh curiga dan menciptakan sejumlah kecil energi. Inilah yang dirancang untuk dideteksi oleh detektor LZ.

Detektor LZ dan Temuan Misteriusnya

Detektor LZ pada dasarnya adalah tangki yang diisi dengan tujuh ton xenon cair, ditempatkan pada kedalaman 1.480 meter di bawah tanah di bekas tambang emas. Pada kedalaman tersebut, xenon terlindungi dari radiasi luar angkasa yang secara rutin membombardir planet kita, meskipun masih ada tingkat latar belakang interaksi lain yang tidak dapat dikendalikan oleh para ilmuwan, tetapi masih bisa diperhitungkan.

Apa pun yang menyebabkan gangguan cukup besar di lingkungan yang terkendali dan tenang ini akan menjadi temuan yang signifikan. Setelah bertahun-tahun meneliti data yang telah dikumpulkan detektor, para fisikawan menemukan sebuah interaksi mencolok yang terjadi pada tahun 2023.

Sesuatu yang tidak diketahui jenisnya menabrak partikel xenon dan menghasilkan kilatan cahaya. Jika itu adalah dark matter, energi yang dihasilkan lebih besar daripada yang diprediksi model WIMP tradisional. Para ilmuwan menyatakan bahwa deteksi ini memiliki kemungkinan sekitar satu banding 400 bahwa itu hanya kebetulan belaka.

Namun, penemuan ilmiah perlu memenuhi ambang batas minimal lima sigma, yang berarti hanya ada sekitar satu banding 3,5 juta kemungkinan bahwa itu hanya kebetulan. Meski demikian, para fisikawan sangat antusias dengan temuan ini.

Bahkan jika peristiwa ini bukan bukti konklusif dengan sendirinya, ada detektor dark matter lain yang lebih besar yang akan segera beroperasi, seperti eksperimen PandaX di China dan XENONnT di Italia. Detektor-detektor tersebut seharusnya mampu memburu jenis peristiwa berenergi tinggi yang sama.

“Kami dapat melakukan studi ini secara independen dengan analisis buta untuk memvalidasi atau menginvalidasi klaim LZ,” kata Elena Aprile, fisikawan di Columbia University sekaligus juru bicara eksperimen XENON, kepada Science.

Temuan ini membuka babak baru dalam pencarian dark matter. Meskipun masih terlalu dini untuk menyimpulkan bahwa peristiwa tersebut adalah dark matter, para ilmuwan sepakat bahwa ini adalah langkah penting dalam memahami salah satu misteri terbesar sains. Jika peristiwa serupa terdeteksi oleh eksperimen lain, maka konfirmasi keberadaan dark matter bisa menjadi penemuan yang mengubah pemahaman kita tentang alam semesta secara fundamental.

Para peneliti LZ berencana untuk terus menganalisis data dan menunggu konfirmasi dari eksperimen lain. Sementara itu, peristiwa aneh ini akan menjadi bahan kajian mendalam bagi para fisikawan di seluruh dunia yang mencoba mengungkap identitas sejati dari substansi misterius yang membentuk sebagian besar alam semesta ini.