Language
Country/Area
No result found
Dari akselerator partikel hingga perjalanan antarbintang: Bagaimana ilmuwan menjelajahi struktur foton yang tersembunyi?
Di antara banyak cabang fisika, fisika dua-foton (atau fisika gamma-gamma) merupakan bidang penelitian yang relatif baru. Bidang ini berfokus pada interaksi antara dua foton, sebuah proses yang sangat penting untuk memahami sifat cahaya dan memiliki implikasi penting untuk menjelaskan fenomena fisik fundamental di alam semesta.
Biasanya, berkas cahaya melewati satu sama lain tanpa gangguan dalam ruang hampa, tetapi dalam interaksi berkas cahaya berintensitas tinggi, semuanya benar-benar berbeda.
Dalam ruang hampa murni, terjadi hamburan cahaya yang lemah oleh cahaya, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari sifat-sifat foton dalam kondisi tertentu. Interaksi ini juga dapat menyebabkan terciptanya materi seiring dengan peningkatan energi massa pusat. Penemuan-penemuan ini tidak hanya menarik perhatian signifikan dalam bidang fisika partikel, tetapi juga mendorong pemahaman yang lebih dalam tentang kosmologi.
Sinar gamma dalam astronomi
Dalam kosmologi, interaksi foton-foton memberlakukan batasan langsung pada spektrum sinar gamma yang diamati. Saat sinar gamma bergerak melalui Alam Semesta, energinya tidak pernah melebihi sekitar 20 GeV, yang sesuai dengan panjang gelombang yang lebih besar dari sekitar 6,2×10-11 m. Pada jarak yang lebih jauh, batas ini bahkan meningkat hingga sekitar 20 TeV, yang berarti bahwa di lingkungan alam semesta jarak jauh, sinar gamma tersebar dan dilemahkan hingga tingkat yang besar.
Saat foton bergerak melalui alam semesta, mereka berinteraksi dengan foton berenergi rendah dari cahaya latar belakang kosmik, yang mengurangi energinya dan dapat membentuk pasangan partikel-antipartikel.
Melalui interaksi ini, visibilitas Alam Semesta terhadap foton berenergi sangat tinggi sangat berkurang, membuat Alam Semesta tampak "buram" pada skala yang lebih besar. Fenomena semacam itu telah mendorong para ilmuwan untuk berpikir mendalam tentang hubungan antara foton dan struktur kosmik, dan pertanyaan yang lebih mendalam pun muncul: Bagaimana foton di galaksi yang begitu jauh dan supernova memengaruhi pemahaman kita tentang evolusi alam semesta?
Eksperimen dan metodenya
Penelitian dalam fisika dua-foton sering kali bergantung pada akselerator partikel berenergi tinggi. Dalam eksperimen ini, bukan foton yang dipercepat, tetapi partikel bermuatan. Fasilitas seperti Large Electron Positron Collider (LEP) dan Large Hadron Collider (LHC) telah memainkan peran penting dalam mempelajari interaksi ini.
Dalam tumbukan berenergi tinggi, seperti tumbukan ultrasirkular ion berat (UPC), para ilmuwan dapat mengamati beberapa fenomena yang terkait dengan sinar gamma, termasuk hamburan cahaya-ke-cahaya.
Elektron dan positron dalam tumbukan ini dapat dideteksi, yang disebut "pelabelan." Partikel lain yang dibuat dalam percobaan dilacak menggunakan detektor besar untuk merekonstruksi fisikainteraksi. Melalui percobaan ini, para ilmuwan tidak hanya dapat mengamati interaksi foton, tetapi juga mengeksplorasi lebih jauh struktur internal foton.
Kemajuan penelitian struktur fotonik
Menurut teori elektrodinamika kuantum, foton tidak dapat berinteraksi satu sama lain secara langsung, tetapi melalui proses tingkat tinggi. Misalnya, foton dapat berfluktuasi menjadi sepasang partikel bermuatan virtual dalam jangka waktu tertentu melalui prinsip ketidakpastian. Proses ini menjadi kunci untuk memahami struktur foton.
Interaksi foton dibagi menjadi tiga kategori: interaksi langsung, resolusi singlet, dan resolusi doublet, yang mengungkap mekanisme internal foton dan hubungannya dengan partikel lain.
Selama interaksi langsung, foton dan kuark di dalam foton target berinteraksi secara langsung satu sama lain. Dalam proses solusi ganda, kedua foton membentuk muon vektor, yang menunjukkan karakteristik interaksi yang lebih kompleks. Temuan-temuan ini memiliki implikasi mendalam untuk mengeksplorasi batas-batas Model Standar dan untuk fenomena-fenomena baru dalam fisika sinar gamma.
Eksplorasi Masa Depan dan Maknanya
Dengan perkembangan teknologi, para ilmuwan mampu mengeksplorasi struktur tersembunyi foton lebih dalam dan memikirkan kembali peran dan maknanya di alam semesta. Di masa depan, penelitian-penelitian ini dapat mengungkap fenomena-fenomena fisik fundamental baru, khususnya informasi lebih lanjut tentang materi gelap dan evolusi alam semesta.
Secara keseluruhan, fisika dua-foton tidak hanya memperkaya pemahaman kita tentang dunia partikel, tetapi juga menantang pemahaman kita tentang alam semesta. Namun, dalam penelitian mendalam seperti itu, kita mungkin masih menghadapi lebih banyak pertanyaan yang belum terpecahkan: Dapatkah informasi yang dibawa oleh foton selama perjalanan antarbintang mengungkap misteri-misteri mendalam alam semesta?
