Bagaimana Proses Kemunculan Materi dari Ketiadaan?

Pada semua skala di alam semesta, mulai dari lingkungan lokal kita ke media antarbintang, galaksi dan gugus galaksi, filamen hingga ke jaringan besar kosmik, semua yang kita amati tampaknya terbuat dari materi normal, bukan dari antimateri. Inilah misteri yang belum terungkap.
NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Saat melihat betapa luasnya alam semesta melalui planet, bintang, galaksi dan segala sesuatu yang ada di luar sana, ada satu pertanyaan mutlak yang menuntut jawaban, mengapa bisa ada materi? Permasalahannya semakin memburuk jika kita mempertimbangkan hukum fisika yang mengatur kosmos, materi dan antimateri harus simestris. Namun saat melihat ke alam semesta, kita hanya menemukan planet, bulan, bintang, galaksi dan lain-lain, yang 100% terbuat dari materi, hampir tanpa antimateri sama sekali. Sangat jelas, kita benar-benar eksis sebagaimana bintang dan galaksi yang kita lihat, jadi pasti ada sesuatu yang menciptakan materi dalam jumlah yang lebih banyak daripada antimateri, dan membentuk kosmos yang kita kenal. Tapi, bagaimana hal itu bisa terjadi? Inilah salah satu misteri terbesar alam semesta. Meskipun mustahil untuk memecahkannya, paling tidak kita berada lebih dekat untuk menemukan jawabannya.

Materi dan energi yang dikandung alam semesta saat ini (kiri) dan alam semesta saat baru berusia 380 ribu tahun (kanan). Perhatikan kehadiran energi gelap, materi gelap dan lebih meratanya materi normal daripada antimateri, yang saat itu tidak berkontribusi pada waktu yang ditunjukkan.
NASA, dimodifikasi oleh pengguna Wikimedia Commons 老陳, dimodifikasi lebih lanjut oleh E. Siegel.

Pertimbangkanlah kedua fakta berikut terkait alam semesta dan betapa kontradiktifnya mereka:

1. Setiap interaksi antara partikel dan energi yang teramati, tidak pernah menciptakan atau menghancurkan satupun partikel materi, tanpa juga menciptakan atau menghancurkan partikel antimateri dalam jumlah yang setara.
2. Ketika kita melihat alam semesta melalui seluruh bintang, galaksi, awan molekuler gas, gugus galaksi, supergugus galaksi dan struktur berskala paling besar, segala sesuatunya tampak terbuat dari materi, hampir tanpa antimateri sama sekali.

Sepertinya tidak mungkin. Di satu sisi, tidak ada cara untuk mengetahuinya, mengingat partikel dan interaksinya di alam semesta yang menghasilkan materi dalam jumlah yang lebih banyak daripada antimateri. Di sisi lain, semua yang kita lihat pasti terbuat dari materi dan bukan antimateri. Begitulah yang kita ketahui.

Proses produksi pasangan materi/antimateri (kiri) dari energi murni adalah reaksi yang benar-benar reversibel atau reaksi yang dapat berlangsung dua arah (kanan), dengan proses pemusnahan pasangan materi/antimateri untuk kembali menjadi energi murni. Proses penciptaan dan pemusnahan ini, yang mematuhi hukum E=mc2, adalah satu-satunya cara yang diketahui menciptakan dan memusnahkan materi dan antimateri.
Dmitri Pogosyan/Universitas Alberta.

Saat materi bertemu dengan antimateri, mereka menghasilkan ledakan energi yang fantastis karena proses pemusnahan partikel-antipartikel. Kita telah mengamati proses ini di beberapa lokasi, namun hanya di sekitar sumber berenergi tinggi yang menghasilkan materi dan antimateri dalam jumlah yang sama, seperti di dekat lubang hitam masif. Saat antimateri bertemu dengan materi, mereka menghasilkan frekuensi sinar gamma tipikal yang bisa kita deteksi. Media antarbintang dan antargalaksi penuh dengan material dan minimnya radiasi sinar gamma mengindikasikan ketidakhadiran partikel antimateri di mana saja, sebab jika ada jejak pertemuan materi/antimateri, maka kita dapat mendeteksinya.

Baik di gugus galaksi, galaksi, lingkungan tetangga bintang dan di tata surya kita sendiri, ada batasan jumlah untuk antimateri. Tak diragukan lagi, segala sesuatu di alam semesta didominasi oleh materi.
Gary Steigman, 2008, melalui http://arxiv.org/abs/0808.1122

Di medium antarbintang Bima Sakti, durasi hidup berada pada urutan sekitar 300 tahun, durasi yang tak berarti dibandingkan usia galaksi kita. Batasan ini memberi tahu kita bahwa setidaknya di dalam galaksi Bima Sakti, jumlah pencampuran antara antimateri dengan materi yang dapat kita amati paling banyak adalah 1 banding 1.000.000.000.000.000! Untuk skala kosmik yang lebih besar, seperti galaksi dan gugus galaksi, walaupun batasannya lebih kecil, namun tetap sangat memengaruhi. Dengan observasi dalam rentang jarak beberapa juta tahun cahaya hingga lebih dari tiga miliar tahun cahaya, emisi sinar-X dan sinar gamma dari pemusnahan materi-antimateri benar-benar langka. Bahkan untuk skala kosmik yang lebih besar, 99,999% dari apa yang bisa kita amati di alam semesta adalah materi (seperti kita) dan bukan antimateri.

Kelanjutan artikel: Bagaimana Proses Kemunculan Materi dari Ketiadaan? (Bagian 2)