Misteri Neutrino Terkuak, JUNO Catat Pengukuran Osilasi Paling Presisi

SNO+ menggantikan Observatorium Neutrino Sudbury di tambang Creighton dan menggunakan kembali beberapa peralatan pendahulunya. Namun, alih-alih air berat, observatorium ini diisi dengan alkilbenzena linier (LAB), nan digunakan secara komersial untuk pembu(Dok. Volker Steger/Science Photo Library)

MISTERI partikel neutrino nan selama puluhan tahun menjadi teka-teki fisika partikel perlahan mulai terungkap. Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) di Tiongkok menjadi salah satu penelitian terbaru nan memberikan gambaran lebih presisi mengenai perilaku partikel nan dikenal sangat susah dideteksi tersebut.

JUNO mulai beraksi pada 2025 dan pada Juni 2026 mempublikasikan info awal mengenai osilasi neutrino. Hasil tersebut memberikan pengukuran dengan tingkat presisi nan belum pernah dicapai sebelumnya untuk sejumlah parameter osilasi neutrino.

Neutrino merupakan partikel subatomik nan nyaris tidak berinteraksi dengan materi. Partikel ini tidak mempunyai muatan listrik dan mempunyai massa nan sangat kecil, sehingga miliaran neutrino dapat melintasi tubuh manusia maupun bumi setiap detiknya tanpa menimbulkan pengaruh nan berarti.

Namun, sifat tersebut sekaligus membikin neutrino menjadi salah satu partikel paling susah dipelajari.

Perjalanan untuk memahami neutrino bermulai dari persoalan nan muncul dalam peluruhan beta. Pada 1930, fisikawan Austria Wolfgang Pauli mengusulkan keberadaan partikel nan belum diketahui untuk menjelaskan daya dan momentum nan tampak lenyap dalam proses tersebut.

Pauli pada awalnya apalagi meragukan partikel nan diusulkannya dapat dideteksi. Namun, sekitar dua dasawarsa kemudian, fisikawan Clyde Cowan dan Frederick Reines sukses membuktikan keberadaan neutrino melalui penelitian di dekat reaktor nuklir.

Penemuan tersebut membuka pertanyaan baru. Jika neutrino dihasilkan dalam reaksi nuklir, termasuk di dalam matahari, partikel tersebut semestinya dapat digunakan untuk mempelajari proses nan terjadi di dalam bintang. Masalahnya, neutrino nyaris selalu melintas begitu saja tanpa berinteraksi dengan materi.

Para intelektual kemudian menyadari bahwa satu-satunya langkah untuk meningkatkan kesempatan menangkap neutrino adalah menggunakan detektor dengan jumlah materi nan sangat besar. Detektor tersebut juga kudu ditempatkan jauh di bawah tanah alias letak nan terlindung dari gangguan radiasi lainnya.

Salah satu penelitian awal paling krusial dilakukan Raymond Davis Jr. dan timnya pada 1960-an. Mereka menempatkan detektor sekitar 1,5 kilometer di bawah tanah di tambang Homestake, South Dakota, Amerika Serikat.

Detektor tersebut berisi nyaris 400.000 liter cairan berbasis klorin. Ketika neutrino mentari berinteraksi dengan inti klorin, proses tersebut dapat menghasilkan argon radioaktif nan kemudian dihitung oleh para peneliti.

Setelah penelitian melangkah selama bertahun-tahun, jumlah neutrino nan terdeteksi rupanya hanya sekitar sepertiga dari jumlah nan diprediksi teori. Ketidaksesuaian itu kemudian dikenal sebagai "masalah neutrino matahari".

Jawaban atas teka-teki tersebut akhirnya muncul melalui penelitian nan lebih besar di Jepang dan Kanada.

Di tambang Kamioka, Jepang, Masatoshi Koshiba mengembangkan Kamiokande, detektor nan menggunakan jutaan liter air ultra murni. Ketika neutrino berinteraksi dengan materi di dalam detektor, hubungan tersebut dapat menghasilkan partikel bermuatan nan bergerak sangat sigap dan memancarkan sinar Cherenkov.

Cahaya tersebut kemudian ditangkap oleh susunan detektor sehingga memungkinkan intelektual mengidentifikasi hubungan neutrino.

Eksperimen Kamiokande, kemudian Super-Kamiokande, berbareng Sudbury Neutrino Observatory (SNO) di Kanada, akhirnya memberikan penjelasan atas kekurangan neutrino nan sebelumnya membingungkan para ilmuwan.

Neutrino rupanya mempunyai tiga jenis alias "rasa", ialah neutrino elektron, neutrino muon, dan neutrino tau. Partikel tersebut dapat berubah dari satu rasa ke rasa lainnya ketika bergerak melalui ruang. Fenomena ini dikenal sebagai osilasi neutrino.

Penemuan osilasi tersebut membawa akibat besar bagi fisika. Agar dapat berosilasi, neutrino kudu mempunyai massa. Artinya, neutrino tidak sepenuhnya tidak bermassa seperti nan sebelumnya diasumsikan dalam model fisika partikel pada masa itu.

Eksperimen neutrino kemudian berkembang dengan skala nan semakin besar.

IceCube Neutrino Observatory di Antartika, misalnya, memanfaatkan es dalam jumlah sangat besar sebagai media pendeteksi. Observatorium tersebut memungkinkan para intelektual mempelajari neutrino berenergi tinggi nan berasal dari luar tata surya dan membantu menelusuri sumber partikel kosmik ekstrem.

Sementara itu, Cubic Kilometer Neutrino Telescope (KM3NeT) nan berada di dasar Laut Mediterania juga digunakan untuk mencari neutrino kosmik berenergi sangat tinggi. Deteksi partikel-partikel tersebut membuka kesempatan untuk mengidentifikasi sumber kejadian kosmik ekstrem, meski sejumlah sumbernya tetap menjadi misteri.

JUNO di Tiongkok

JUNO dirancang untuk mempelajari neutrino dengan tingkat presisi sangat tinggi. Detektor tersebut menggunakan sekitar 20.000 ton cairan sintilator sebagai medium pendeteksi dan ditempatkan sekitar 700 meter di bawah tanah.

Data awal nan dirilis pada Juni 2026 menjadi salah satu capaian krusial dalam perjalanan penelitian neutrino lantaran memberikan pengukuran presisi tinggi terhadap parameter osilasi neutrino.

Pengukuran tersebut diharapkan membantu intelektual menjawab sejumlah pertanyaan mendasar mengenai neutrino, termasuk gimana ketiga rasa neutrino saling berosilasi dan gimana susunan massa ketiganya.

JUNO juga bukan menjadi penelitian terakhir dalam pencarian jawaban tersebut. Hyper-Kamiokande di Jepang dan Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) di Amerika Serikat dijadwalkan memasuki fase operasi pada akhir dasawarsa ini.

Kehadiran beragam observatorium tersebut menunjukkan bahwa penelitian neutrino tetap jauh dari selesai. Partikel nan dulu dianggap nyaris mustahil dideteksi justru sekarang menjadi salah satu perangkat krusial untuk menguji pemisah pemahaman manusia terhadap alam semesta.

Dari tambang jauh di bawah tanah hingga es Antartika dan dasar laut, para intelektual terus membangun detektor berukuran raksasa demi menangkap jejak partikel nan nyaris selalu lolos dari materi.

Setelah lebih dari tujuh dasawarsa sejak keberadaannya pertama kali dibuktikan, neutrino perlahan mengungkap sifat-sifatnya. Setiap pengukuran baru bukan hanya membantu menjelaskan partikel tersebut, tetapi juga berpotensi membuka jalan menuju pemahaman baru tentang norma dasar alam semesta. (H-4)