Language
Country/Area
No result found
Asal usul positron yang misterius: Mengapa prediksi Dirac pada tahun 1928 merevolusi komunitas ilmiah?
Pada tahun 1928, fisikawan Inggris Paul Dirac mengajukan sebuah teori yang tidak hanya mengubah lanskap fisika partikel, tetapi juga berdampak besar pada pengembangan mekanika kuantum. Dalam makalah ini, ia memperkenalkan persamaan Dirac, yang memungkinkan kita untuk memahami bahwa elektron tidak hanya memiliki solusi energi negatif, tetapi juga dapat memiliki solusi energi positif. Dampak selanjutnya dari penemuan ini akhirnya mengarah pada prediksi antielektron, atau positron.
Positron adalah antipartikel elektron, dengan massa dan spin yang sama tetapi muatan +1e. Ketika ia bertabrakan dengan elektron, reaksi pemusnahan terjadi.
Landasan teoritis
Kelahiran persamaan Dirac merupakan penyatuan penting mekanika kuantum dan relativitas khusus. Ketika Dirac menemukan solusi untuk energi negatif, ia tidak langsung menyimpulkannya hingga ia mengklarifikasi signifikansinya dalam makalah berikutnya pada tahun 1929. Ia berasumsi bahwa semua keadaan energi negatif "terisi," yang berarti bahwa elektron tidak mungkin berpindah antara keadaan energi positif dan negatif sesuka hati. Hipotesis ini juga memperkenalkan ide yang lebih revolusioner: ruang angkasa adalah "lautan" yang dipenuhi elektron energi negatif.
Dirac mengklaim dalam makalahnya: "...elektron dengan energi negatif yang bergerak dalam medan elektromagnetik eksternal tampak seperti elektron dengan muatan positif."
Ide tersebut memicu perdebatan akademis yang ditentang oleh para ilmuwan mulai dari Oppenheimer hingga Weill, yang memberikan wawasan matematika penting tentang prediksi untuk teori masa depan. Dalam makalahnya tahun 1931, Dirac meramalkan keberadaan partikel yang disebut "anti-elektron," yang memiliki massa yang sama dengan elektron tetapi muatannya berlawanan. Eksperimen lebih lanjut membuktikan kredibilitas teori ini dan mengungkap misteri antimateri.
Awal penemuan eksperimental
Penemuan eksperimental positron tidaklah sederhana. Meskipun Dmitri Skobeltsyn pertama kali mengamati kemungkinan keberadaan positron pada tahun 1923, ia tidak dapat menentukan identitasnya. Pada tahun 1932, Carl David Anderson mengamati partikel bermuatan di ruang awan yang akhirnya dipastikan sebagai positron, sebuah penemuan yang membuatnya memenangkan Hadiah Nobel tahun 1936. Ia menemukan antielektron dengan menempatkan medan magnet di dalam ruang awan untuk mengetahui muatan partikel. Momen ini dianggap sebagai tonggak sejarah dalam fisika partikel dan penelitian antimateri.
"Penemuan antielektron membuat saya menyadari bahwa ini bukan sekadar konsep teoritis, tetapi entitas nyata yang ada di alam," tulis Anderson.
Positron dalam kehidupan
Positron tidak hanya ada di laboratorium; Mereka juga dapat ditemukan di alam. Peluruhan beta dari beberapa isotop radioaktif (seperti kalium-40) menghasilkan positron, yang secara alami menghasilkan beberapa positron dalam tubuh manusia. Sekitar 4.000 positron per detik mati dalam tubuh manusia dan menghasilkan elektron melalui pemusnahan. Sinar gamma. Proses ini terkait dengan penggunaan tomografi emisi positron (PET) dalam bidang medis, yang membantu dokter memperoleh gambar tiga dimensi dari aktivitas metabolisme pasien.
Keberadaan positron di alam semesta
Selain diproduksi di Bumi, penelitian astronomi menunjukkan bahwa positron juga ada di alam semesta. Eksperimen satelit telah mengamati positron dari sinar kosmik purba, yang telah memicu banyak diskusi tentang asal usul antimateri. Beberapa peneliti telah menyarankan bahwa pembentukan positron mungkin terkait dengan pemusnahan materi gelap, yang dapat memperdalam pemahaman kita tentang alam semesta.
Ilmuwan berspekulasi bahwa sumber positron mungkin berasal dari interaksi antara sinar kosmik dan materi gelap, bukan dari area antimateri yang tidak terdeteksi.
Produksi positron buatan dan prospek masa depan
Dengan kemajuan teknologi, para ilmuwan mulai mampu menghasilkan positron dalam jumlah besar di lingkungan buatan. Misalnya, di Laboratorium Nasional Lawrence Liverpool di Amerika Serikat, para ilmuwan menggunakan laser berkekuatan tinggi untuk menyinari target guna menghasilkan lebih dari 100 miliar positron. Selain itu, penelitian kolaboratif antara CERN dan Universitas Oxford mencapai terobosan dalam menghasilkan 10 triliun pasangan elektron-positron dalam percobaan tersebut. Kemajuan ini telah membuka cara baru untuk mempelajari perilaku partikel di lingkungan ekstrem di alam semesta.
Penelitian positron tidak hanya penting untuk eksplorasi fisika fundamental, tetapi juga akan membuka kemungkinan tak terbatas dalam pencitraan medis, ilmu material, dan eksperimen masa depan dalam fisika partikel. Saat kita secara bertahap mengungkap misteri positron, mungkin kita juga bertanya-tanya: Berapa banyak misteri yang belum terpecahkan di lautan antimateri ini yang menunggu untuk kita jelajahi?
