Benar lagi, Einstein! Studi menunjukkan bagaimana antimateri merespons gravitasi

Di alam semesta “Star Trek”, kapal luar angkasa Enterprise meluncur melintasi ruang angkasa menggunakan penggerak warp yang memanfaatkan antimateri. Cukuplah dikatakan bahwa teknologi ini masih dalam ranah fiksi ilmiah.

Namun para ilmuwan membuat langkah penting menuju pemahaman yang lebih baik tentang antimateri. Para peneliti mengatakan pada hari Rabu bahwa mereka telah membuktikan untuk pertama kalinya bahwa antimateri merespons gravitasi dengan cara yang sama seperti materi – yaitu jatuh, seperti yang diperkirakan – dalam sebuah eksperimen yang sekali lagi mendukung teori relativitas umum fisikawan Albert Einstein.

Semua hal yang kita ketahui – planet, bintang, pudel, lolipop – terbuat dari materi biasa.

Antimateri adalah kembaran misterius materi biasa, memiliki massa yang sama tetapi muatan listriknya berlawanan. Hampir semua partikel subatom, seperti elektron dan proton, mengandung antimateri. Meskipun elektron bermuatan negatif, antielektron, juga disebut positron, bermuatan positif. Demikian pula, meskipun proton bermuatan positif, antiproton bermuatan negatif.

Berdasarkan teori saat ini, ledakan Big Bang yang mengawali alam semesta seharusnya menghasilkan materi dan antimateri dalam jumlah yang sama. Namun, tampaknya hal ini tidak terjadi. Tampaknya hanya ada sedikit antimateri, dan hampir tidak ada antimateri di Bumi. Terlebih lagi, materi dan antimateri tidak kompatibel. Jika disentuh, mereka akan meledak, sebuah fenomena yang disebut pemusnahan.

Eksperimen tersebut dilakukan di Pusat Penelitian Nuklir Eropa (CERN) di Swiss oleh para peneliti dari kolaborasi internasional Antihydrogen Laser Physics Apparatus (ALPHA). Mereka termasuk materi isotop antihidrogen, yang merupakan unsur paling ringan.

“Di Bumi, sebagian besar antimateri yang terbentuk secara alami dihasilkan dari sinar kosmik – partikel energik dari luar angkasa – yang bertabrakan dengan atom di udara dan menciptakan pasangan antimateri,” kata fisikawan Jonathan Wortley dari University of California, Berkeley, salah satu penulis makalah ini. Dari penelitian yang dipublikasikan di majalah tersebut alam.

Antimateri yang baru tercipta ini hanya bertahan hingga bertabrakan dengan atom materi biasa di atmosfer bagian bawah. Namun, antimateri dapat dibuat dalam kondisi terkendali, seperti pada percobaan ALPHA, yang menggunakan antihidrogen yang dibuat di CERN.

Antihidrogen terkandung dalam ruang vakum berbentuk silinder dan terperangkap oleh medan magnet di bagian atas dan bawah. Para peneliti mengurangi medan magnet untuk melepaskan antimateri guna mengamati apakah antimateri akan jatuh atau tidak begitu efek gravitasi muncul. Memang benar, berperilaku seperti hidrogen dalam kondisi yang sama.

“Hasil ini diprediksi melalui teori dan eksperimen tidak langsung yang mengandalkan fenomena tersembunyi. Namun belum ada kelompok yang melakukan eksperimen langsung di mana antimateri dijatuhkan begitu saja untuk melihat ke arah mana antimateri akan jatuh, kata Joel Fagans, fisikawan di University of California, Berkeley dan salah satu penulis studi tersebut.

“Eksperimen kami mengesampingkan teori lain yang memerlukan antimateri – ‘antigravitasi’ – untuk muncul di medan gravitasi bumi,” tambah Wortelli.

Meskipun Einstein merancang teori relativitas umum—penjelasan komprehensif tentang gravitasi—sebelum penemuan antimateri pada tahun 1932, ia memperlakukan semua materi sebagai ekivalensi, artinya antimateri diharapkan merespons gaya gravitasi dengan cara yang sama seperti materi.

Namun bagaimana jika antimateri tidak sesuai ekspektasi?

“Ini akan menjadi kejutan besar, karena akan terjadi “Ini sangat tidak konsisten dengan banyak teori.” Kolaborasi Alfa.

“Saya pikir ini adalah bukti kekuatan relativitas umum dan prinsip kesetaraannya,” tambah Bertschi.

Para ilmuwan masih bingung dengan kelangkaan antimateri di alam semesta teramati. Misalnya, tidak ada indikasi bahwa galaksi terbuat dari antimateri.

“Hampir tidak adanya antimateri yang terbentuk secara alami adalah salah satu pertanyaan besar yang dihadapi fisika,” kata Wortelli.

Dengan menunjukkan bahwa antimateri dan materi saling tarik menarik secara gravitasi, eksperimen tersebut mengesampingkan satu kemungkinan penjelasan atas kelangkaan antimateri, yaitu bahwa antimateri menolak materi secara gravitasi selama Big Bang.

“Betapapun indahnya teorinya, fisika adalah ilmu eksperimental,” kata Fagans.