Sepuluh Cara Materi Gelap Menjelaskan Alam Semesta (Bagian 2)

Kelanjutan dari artikel: Sepuluh Cara Materi Gelap Menjelaskan Alam Semesta

7. Disintegrasi Higgs Boson Menjadi Materi Gelap

Kredit foto: CERN

Dikembangkan pada 1970-an, Model Standar fisika partikel adalah seperangkat teori yang memprediksi semua partikel subatomik yang diketahui di alam semesta dan bagaimana mereka berinteraksi. Konfirmasi eksistensi Higgs boson pada tahun 2012 (“God particle”), menyelesaikan Model Standar fisika partikel. Sayangnya, model belum bisa menjelaskan tentang seluruh materi, terutama terhadap gaya gravitasi materi gelap yang mempertahankan struktur galaksi agar tidak tercerai-berai.

Karena massa partikel Higgs juga tampak terlalu rendah, para ilmuwan dari Universitas Teknologi Chalmers kemudian mengajukan sebuah model baru berdasarkan supersimetri, yang memberikan pasangan yang lebih berat bagi setiap partikel di Model Standar. Menurut teori baru ini, sebagian kecil partikel Higgs luruh menjadi foton (partikel ringan) dan dua gravitinos (partikel materi gelap). “Jika sesuai, model supersimetri akan mengubah pemahaman kita tentang building blocks fundamental kosmos,” kata Christoffer Petersson dari Chalmers. Model supersimetri akan diuji di Large Hadron Collider di Swiss.

6. Materi Gelap di Matahari

Kredit foto: NASA

Bergantung pada metode yang digunakan untuk menganalisis Matahari, jumlah unsur yang lebih berat dari hidrogen dan helium berfluktuasi antara 20-30%. Kita dapat mengukur setiap elemen dengan mengamati spektrum cahaya yang dipancarkan, layaknya identifikasi sidik jari, atau dengan mempelajari bagaimana elemen memengaruhi gelombang suara yang melintasi Matahari, yang menyebabkan perubahan lemah terhadap skala kecerahan Matahari. Perbedaan misterius antara kedua pengukuran elemen Matahari disebut kelimpahan unsur Matahari. Pengukuran elemen secara akurat dibutuhkan untuk memahami komposisi kimiawi, massa jenis dan suhu Matahari.

Dalam banyak hal, pengukuran juga membantu untuk memahami komposisi dan sifat bintang-bintang lain bersama planet dan galaksi mereka. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan belum bisa merancang solusi untuk diterapkan. Lalu fisikawan astropartikel Aaron Vincent bersama para kolega mengajukan gagasan tentang materi gelap di inti Matahari sebagai alternatif untuk menyelesaikan permasalahan ini. Setelah menjalankan banyak simulasi, mereka menelurkan sebuah teori yang sepertinya berhasil diterapkan. Namun, simulasi melibatkan jenis materi gelap khusus yang disebut "weak interacting massive particles (WIMP)" bisa berupa materi atau anti materi, tapi tidak keduanya.

Dari pengukuran gravitasi, para ilmuwan menyadari lingkaran halo materi gelap yang mengelilingi Matahari. Partikel materi gelap asimetris tidak mengandung banyak antimateri, sehingga tetap bertahan saat melakukan kontak dengan materi normal dan terbentuk di inti Matahari. Partikel juga diyakini menyerap energi di pusat Matahari dan memindahkan panas ke bagian tepi terluar, yang dapat menjelaskan kelimpahan unsur Matahari. “Kelebihan teori materi gelap asimetris terletak pada banyak hal yang dapat diakumulasikan di Matahari, saat Matahari bergerak melalui awan materi gelap yang menyelimuti Bima Sakti,” kata Vincent. “Jika materi gelap memusnahkan dirinya sendiri, maka materi gelap akan lenyap sebelum memindahkan sejumlah besar panas dari inti Matahari.”

5. Materi Gelap mungkin Makroskopis

Kredit foto: NASA, ESA, M.J. Jee dan H. Ford

Para periset di Case Western Reserve telah menganggap kita tidak mencari materi gelap di lokasi yang tepat. Secara khusus, mereka mengajukan gagasan bahwa materi gelap tidak terbentuk dari partikel-partikel kecil seperti WIMP (weakly interacting massive particles), namun merupakan objek makroskopik yang ukurannya berkisar antara beberapa ons hingga sebesar asteroid.

Para periset lalu membatasi teori mereka tentang ke mana kita harus mencari materi gelap, dengan mempertimbangkan segala sesuatu yang telah diamati di luar angkasa. Hal ini membuat mereka yakin bahwa Model Standar fisika partikel akan menyediakan jawabannya. Mereka tidak yakin model baru dibutuhkan untuk menjelaskan materi gelap. Para periset menduga materi gelap tergolong sebagai objek ‘makro’. Memang mereka tidak menggagas agar axion dan WIMP dihilangkan dari perhitungan, namun kita dapat memperluas pencarian materi gelap dengan memasukkan kandidat-kandidat lainnya. Ada contoh materi yang tidak tergolong sebagai materi biasa maupun unik, yang belum pernah diteliti, namun termasuk dalam parameter Model Standar.

“Komunitas sains sepertinya telah berpaling dari teori yang dicetuskan pada akhir tahun 1980-an, yang menggagas materi gelap dapat terbentuk dari materi normal,” kata profesor fisika Glenn Starkman. “Apakah benar seperti itu dan bagaimana kita tahu materi gelap bukanlah materi normal, yang bisa terbuat dari quark dan elektron?”

4. Deteksi Materi Gelap Menggunakan GPS

Dua fisikawan telah mengajukan gagasan untuk memanfaatkan satelit GPS sebagai salah satu upaya menemukan materi gelap. Mereka menganggap materi gelap bukanlah partikel seperti yang kerap diasumsikan, melainkan berupa celah di struktur ruang dan waktu. “Penelitian kami mengejar gagasan bahwa materi gelap adalah sekumpulan besar molekul mirip gas dari keretakan topologikal atau celah energi,” ungkap fisikawan Andrei Derevianko dari Universitas Nevada. “Kami mengusulkan untuk mendeteksi keretakan topologikal saat materi gelap menyapu kita, menggunakan jaringan jam atom sensitif. Saat jam atom gagal dalam sinkronisasi, kita akan mengetahui keretakan topologikal dari materi gelap telah melintas.

Sebenarnya, kita memiliki bayangan untuk memanfaatkan jajaran satelit GPS sebagai detektor materi gelap terbesar. “Para periset menganalisis data dari 30 satelit GPS untuk melihat apakah teori mereka masuk akal. Jika materi gelap memang mirip molekul gas, maka Bumi akan melewatinya saat mengorbit galaksi. Gumpalan materi gelap akan bertindak layaknya angin, dan saat melakukan kontak dengan Bumi menyebabkan jam GPS di satelit dan di permukaan gagal dalam sinkronisasi setiap sekitar tiga menit. Para ilmuwan harus mampu memonitor kegagalan sinkronisasi hingga hitungan sepermiliar detik.

Kelanjutan artikel: Sepuluh Cara Materi Gelap Menjelaskan Alam Semesta (Bagian 3)