RADIOAKTIVITAS “ PARTIKEL ELEMENTER “
Oleh : Muflihatul Abadiyah 12030654224
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2014
Partikel Elementer 1. Definisi Partikel Elementer
Partikel elementer adalah sebuah partikel yang terbangun dari sejumlah kecil partikel yang belum dikenal atau belum terdeteksi bagian-bagiannya. Entah tersusun dari 1 partikel (partikel tunggal) atau tersusun dari beberapa partikel. Namun kenyataanya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi.
2. Klasifikasi Partikel Elementer
Partikel elementer secara garis besar dapat dibedakan berdasarkan nilai spinnya atau berdasarkan interaksi yang mempengaruhi. Berdasarkan perbedaan nilai spinnya partikel dibedakan menjadi partikel fundamental fermion (spin pecahan) dan partikel fundamental boson (spin bulat). a. Partikel fundamental fermions (materi- antimateri)
Suatu partikel dikatakan sebagai fermion identitas jika memiliki spin setengah bilangan bulat dan fungsi-fungsi gelombang dari kedua gelombang berubah ketika saling bertukaran. Pada umumnya materi tersusun atas fermion dan boson, lepton dan quark termasuk dalam keluarga fermion sedangkan pada keluarga boson terdapat partikel gauge bosons serta higgs bosons.
Lepton
Merupakan partikel elementer yang paling sederhana yang tidak terdapat petunjuk adanya struktur internal, bahkan tidak ditemukannya ukuran dalam ruang. Partikel ini hampir mendekati partikel-titik. Elektron dan neutrino merupakan lepton. Elektron adalah partikel elementer yang pertama, yang teorinya diusulkan oleh Dirac. Teori tersebut menyebutkan bahwa didapatkannya persamaan gelombang untuk partikel bermuatan dalam medan elektromagnetik dengan memasukkan efek relativitas khusus. Ketika massa dan muatan elektron hasil pengamatan dimasukkan dalam solusi yang sesuri dengan persamaan tersebut, momentum sudut elektron
2
2
didapatkan h spinnya dan momen magnetiknya didapatkan eh/2m, atau magneton Bohr. Namun, ramalan Dirac tidak sesuai dengan eksperimen. Dalam eksperimennya, Dirac menemukan elektron positif yang biasanya disebut dengan positron. Positron
tersebut sering disebut dengan anti-partikel dari elektron, karena positron dapat bergabung dan musnah bersama elektron. Anti-partikel dari suatu partikel mempunyai massa, spin dan umur yang sama, tetapi muatannya (jika ada) berlawanan dan penjajaran atai anti-penjajaran antara spinnya dan momen magnetiknya selalu berlawanan dengan partikelnya. Begitu juga neutrino, neutrino memiliki anti-neutrino. Keduanya memiliki perbedaan khusus, yaitu terletak pada arah geraknya. Neutrino memiliki arah gerak yang berlawanan dengan arah gerak jarum jam, sedangkan antineutrino memiliki arah gerak yang searah dengan arag gerak jarum jam. Dua anggota lain dari keluarga lepton adalah muon. Muon merupakan hasil peluruhan pion. Selain meluruh menjadi mion, pion juga meluruh menjadi neutrino. Namun, neutrino ini berasal dari peluruhan beta.
Quark
Merupakan bagian terkecil dari hadron yang mempunyai pecahan muatan dan sifat yang disebut dengan warna yang menyebabkan interaksi kuat. Hadron sendiri merupakan partikel berinteraksi kuat. Quark pada hakikatnya merupakan partikel-titik yang tidak memiliki struktur internal, tetapi berlainan dengan lepton dan bahkan berlainan dengan partikel lain dalam alam diduga memiliki muatan listrik pecahan. Terdapat beberapa jenis quark, dan dipercaya terdapat paling sedikit enam flavor, yang disebut up, down, stange, charmed, bottom, dan top. Setiap flavor terdiri dari tiga warna, yakni merah, hijau dan biru. Perli ditekankan bahwa istilah-istilah seperti flavor dan khususnya warna hanya merupakan label atau pengenal saja. Quark jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya tampak sehingga tidak akan memiliki warna dalam keadaan yang sebenarnya. Proton dan netron terdiri dari tiga quark dengan warna yang berbeda. Proton tersusun atas dua quark up dan satu quark down, sedangkan netron tersusun dari dua quark down dan satu quark up. Tiga quark semula diberi label u untuk “up, d untuk “down”, dan s untuk “strange” dan particle itu dan ̅ , ̅ diberi muatan sebagai beikut : antipartikelnya ,
u: + d: -
2
:-
̅ : +
2
s: -
̅ : +
Masing-masing quark memiliki bilangan barion B , dan masing-masing antiquark
1
memiliki bilangan barion B= - . Sebuah barion terdiri dari 3 Quark, sehingga 3
memiliki B= +1, dan antibarion terdiri dari 3 antiquark, sehingga B= -1; meson terdiri dari satu quark dan satu anti-quark, sehingga B= 0. Quark semuanya memiliki paritas
genap dan spin . 2
Sifat Tiga Generasi Quark dan Lepton
Generasi 1 2 3 Generasi 1 2 3
Quark Ke atas Ke bawah Pesona Keanehan Puncak dasar Lepton Elektron e-Neutrino Muon µ-Neutrino
Simbol u d c s t b Simbol eve µvµ -
-1
V
0
Tau -Neutrino
Muatan, e (+ ⅔) (- ⅓) (+ ⅔) (- ⅓) (+ ⅔) (- ⅓) Muatan, e -1 0 -1 0
Keanehan 0 0 0 -1 0 0
Pesona 0 0 1 0 0 0
b. Partikel fundamental boson
Suatu partikel dikatakan boson identitas jika memiliki spin bilangan bulat dan fungsi fungsi gelombang dari kedua partikel tidak berubah ketika saling bertukaran. Meson dan foton adalah termasuk keluarga boson. Teori fisika partikel dari elektromagnetik meliputi prediksi-prediksi persamaan Maxwell serta efek kuantumnya (teori
elektromagnetik
kuantum).
Foton
adalah
sebuah
kuantum
dari
gaya
elektromagnetik dan sebagai mediator/perantara pertukaran partikel. Sebuah elektron masuk daerah interaksi mengemisikan sebuah foton dan foton kemudian merambat ke elektron yang lain, mengkomunikasikan gaya elektromagnetik, kemudian lenyap. Melalui pertukaran ini (foton bertransmisi), foton memediasi sebuah gaya dan menyampaikan
informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Foton adalah contoh pertama kali yang Keberadan foton sebagai boson gauge mendorong P. Dirac, R. Feynman dan J. Schwinger serta S.I. Tomonaga3 yang bekerja secara bebas telah mengembangkan teori mekanika quantum dari foton dan melahirkan sebuah teori elektrodinamika kuantum (QED = Qantum Electrodynamics). Teori ini meliputi semua prediksi dari teori elektromagnetik klasik serta kontribusi partikel (kuantum) terhadap proses fisika, yakni interaksi yang dihasilkan oleh pertukaran partikel-partikel kuantum. QED menjelaskan bagaimana pertukaran foton menghasilkan gaya elektromagnetik, dua elektron masuk daerah interaksi yang kemudian terjadi pertukaran sebuah foton. Kemudian dua elektron muncul dengan lintasan resultannya (sebagai contoh, kecepatan dan arah gerak) dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik yang dikomunikasikan. Tidak semua proses QED meliputi foton yang kemudian lenyap (sebagai partikel internal ) ada juga sebuah proses riil yaitu melibatkan foton eksternal , partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi. Partikel-partikel seperti ini seringkali dibelokan dan pula dapat berubah menjadi partikel lain. Partikel-partikel yang masuk atau meninggalkan suatu daerah interaksi merupakan partikel-partikel fisis riil.diketahui sebagai boson gauge, partikel elementer yang akan merespon untuk mengkomunikasikan gaya tertentu. Karena tidak bermassa, jangkauan potensial elektromagnetiknya tidak berhingga, atau dapat dikatakan besar energi potensial berbanding terbalik dengan jarak, persamaan (2.9). Contoh lain boson gauge adalah boson lemah (weak boson) dan gluon, masing-masing mengkomunikasikan gaya lemah dan gaya kuat. Meson didefinisikan sebagai partikel yang dipengaruhi interaksi kuat dan mempunyai nilai bilangan barion 0, meson termasuk keluarga boson yang mempunyai spin bulat. Meson adalah partikel boson yang terdiri dari quark dan antiquark.
3. 4 Interaksi Pokok
Berikut ini adalah empat jenis interaksi antara partikel elementer dapat menerangkan proses yang dikenal dalam alam semesta dalam segala skala san ukuran : Interaksi
Partikel yang Dipengaruhi
Jangkauan
Kekuatan Relatif
Pertukaran Partikel
quark
~10-15 m
1
Gluon
Kuat hadron
meson
Elektromagnetik
Partikel muatan
∞
~10-2
Foton
Lemah
quark dan lepton
~10-17 m
~10-5
Boson madya
Gravitasional
Semua
∞
~10-39
Graviton
Aturan Universum quark mengikat menjadi bentuk nukleon Nukleon mengikat menjadi bentuk inti atomik Penentuan struktur atom, molekul, zat padat dan zat cair: Adalah faktor yang penting dalam jagad raya Transformasi menengah dari Quark dan lepton: menolong dalam menentukan komposisi inti atom Pertemuan materi menjadi planet, bintang, dan galaksi
Daftar Pustaka
Anonim. 2010. Chapter II . Online. (ChapterII.pdf). diakses 19 Mei 2014 Anonim.
2010.
Partikel
Penyusun
Materi
dan
Gaya.
Online.
(Bab_2_Partikel_penyusun_materi_dan_gaya.pdf). Diakses 19 Mei 2014 Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern (Edisi Keempat). Erlangga: Jakarta Mulyono, Agus. 2011. Partikel Elementer dan Interaksi Alamiah. Online.(Partikel-Elementerdan-Interaksi-Alamiah_2.pdf). Diakses 19 Mei 2014 Savin, William dan Ronald Gautreau. 1987. Fisika Modern. Erlangga: Jakarta
