PARTIKEL ELEMENTER

A.    Pengertian partikel elementer

Partikel elementer merupakan Partikel yang substrukturnya (bagian-bagiannya) tidak diketahui, bisa jadi partikel itu tunggal, bisa jadi gabungan dari partikel-partikel lain (partikel kompostit).

B.    Hubungan interaksi fundamental dan partikel elementer

Pandangan terhadap alam semesta ini dapat menjadi lebih baik jika diketahui komponen-komponen dasar materi penyusun benda-benda di alam semesta serta interaksi antar komponen-komponen dasar tersebut. Sejauh ini, telah dapat diketahui adanya empat bentuk interaksi fundamental yang bertanggung jawab terhadap berbagai macam interaksi antar materi. Secara umum, konsep interaksi digunakan untuk menyatakan hubungan timbal-balik antara objek-objek yang ditinjau. Konsep ini bermanfaat terutama untuk analisa bentuk hubungan antar objek materi. Keempat interaksi fundamental tersebut adalah: interaksi gravitasi, elektromagnetik, nuklir lemah dan nuklir kuat.
Interaksi gravitasi bersifat tarik-menarik (selalu tarik-menarik) antar partikel-partikel materi. Hukum Newton tentang gravitasi universal menyatakan, besar interaksi tarik-menarik antar dua partikel materi sebanding dengan massa kedua partikel tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang memisahkan keduanya. Interaksi ini memiliki jangkauan yang amat jauh (tak hingga), karena bila terdapat partikel-partikel materi maka tentu terjadi interaksi gravitasi. Interaksi gravitasi inilah yang menyebabkan partikel materi mengumpul menjadi satu hingga terbentuk planet-planet, bintang-bintang, yang menyusun tata surya serta galaksi. Konsep interaksi memerlukan adanya "partikel interaktif" untuk menyatakan gagasan hubungan antar partikel materi. Dalam hal interaksi gravitasi, interaksi antar partikel materi dilakukan oleh partikel interaktif graviton. Graviton bersifat tak bermassa, sehingga jangkauan interaksinya meliputi jarak tak hingga dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Karena kekuatan interaksi gravitasi sangat lemah (paling lemah bila dibandingkan dengan tiga interaksi yang lain), maka sukar untuk mendeteksi keberadaan graviton ini.

Interaksi fundamental berikutnya, interaksi elektromagnetik, terjadi antara partikel-partikel bermuatan listrik (atau partikel bermuatan saja). Berbeda dengan interaksi gravitasi yang bersifat hanya tarik-menarik, interaksi elektromagnetik bisa tarik-menarik maupun tolak-menolak. Sesama proton atau sesama elektron, interaksi yang terjadi bersifat tolak-menolak. Hal ini disebabkan karena proton memiliki muatan sejenis dengan proton lain-katakanlah bermuatan listrik positip dan demikian juga interaksi antar elektron yang dicirikan dengan muatan listrik-katakanlah negatif. Sebaliknya, terjadi interaksi tarik-menarik antara proton dan elektron, karena mereka berbeda muatan!
Sebagaimana interaksi gravitasi memerlukan ide graviton, interaksi elektromagnetik juga perlu ide-katakanlah foton. Sejauh ini diketahui, foton tak bermassa. Struktur atom dapat dipahami sebagai interaksi tarik-menarik antara proton (inti) dan elektron yang mengelilingi inti. Demikian juga dengan struktur molekul, zat padat dan zat cair. Interaksi elektromagnetik memiliki kekuatan interaksi yang relatif lebih besar yakni sekitar 1 dengan 37 nol dibelakangnya bila dibandingkan dengan kekuatan interaksi gravitasi.
Interaksi nuklir lemah memiliki jangkauan interaksi paling pendek bila dibanding dengan interaksi fundamental yang lain. Interaksi ini memiliki kekuatan interaksi relatif lebih besar bila dibandingkan dengan interaksi gravitasi yakni sekitar 1 dengan 34 nol di belakangnya.
Interaksi nuklir lemah berperan dalam koreksi susunan inti atom. Inti atom yang tersusun dari sejumlah proton dan sejumlah neutron dengan perbandingan yang tak harmonis akan berusaha mendapatkan komposisi yang proporsional dengan melakukan peluruhan partikel beta. Partikel interaktif interaksi lemah diemban oleh boson madya, sebagai penghubung antara kuark (partikel elementer penyusun proton dan neutron) dan lepton.
Interaksi nuklir kuat bertanggung jawab terhadap penggabungan kuark menjadi proton atau neutron, serta penggabungan keduanya menjadi inti atom. Interaksi nuklir kuat antar kuark dihubungkan oleh partikel interaktif yang disebut gluon, menggabungkan kuark-kuark terikat menjadi nukleon. Dan juga, interaksi antar hadron (misal, proton dan neutron) yang dihubungkan oleh meson, yang mengikat nukleon menjadi inti atom. Interaksi nuklir kuat berperan penting dalam jangkauan pendek dan memiliki kekuatan interaksi relatif paling besar bila dibandingkan dengan kekuatan interaksi fundamental yang lain.

C.    Pengklasifikasi partikel elementer

Dalam pengklasifikasi partikel elementer dibedakan menjadi:

1.    fundamental fermions (quarks, leptons, antiquarks, and antileptons): partikel-partikel “materi” dan “antimateri “
Partikel elementer penyusun materi yang berada pada kolom pertama, kedua dan ketiga (12 partikel) masuk dalam kategori fermion, partikel-partikel tersebut mematuhi kaidah yang berlaku pada statistika Fermi-Dirac (dikemukakan oleh Enrico Fermi dan Paul Dirac secara terpisah) diantaranya adalah , memiliki spin kelipatan ½, mematuhi prinsip eksklusi Pauli dan fungsi gelombangnya bersifat antisimetri.
a.    Matter particles
Bagian yang berwarna ungu adalah partikel yang masuk kategori quark. Terdapat 6 jenis quark yaitu:
1)    up,
2)    down,
3)    charm,
4)    strange,
5)    top,
6)    bottom.
Murray Gell-Mann memberi nama partikel tersebut dengan sebutan quark setelah ia mendengar bunyi bebek (kwork kwork kwork) dan membaca buku karangan James joyce yang berjudul Finnegans Wake yang didalamnya terdapat kata quark. Di alam semesta, quark tidak ditemukan “seorang diri” melainkan berada secara bersama dalam suatu partikel komposit bernama hadron. Salah satu jenis partikel hadron adalah proton.
Bagian yang berwarna hijau adalah partikel yang masuk kategori lepton. Terdapat 6 jenis lepton yaitu:
1)    electron,
2)    electron neutrino,
3)    muon,
4)    muon neutrino,
5)    tauon,
6)    tauon neutrino.
Kata Lepton berasal dari bahasa yunani, leptos yang artinya tipis. Pada awalnya partikel elementer jenis ini dinamakan lepton oleh Léon Rosenfeld pada tahun 1948 karena memiliki massa yang sangat kecil. Saat itu, baru electron dan muon yang diketahui keberadaannya dan massa keduanya sangat kecil dibandingkan dengan massa proton. Namun saat tauon ditemukan sekitar tahun 1970, ternyata massanya hampir 2 kali massa proton. Tetapi penamaan lepton tetap dipertahankan.
b.    Antimatter particles
Antimatter particles terdiri dari:
1)    Antiquarks
2)    Antileptons

2.    fundamental bosons (gauge bosons and Higgs boson): partikel=partikel gaya à yang memungkinkan teerjadinya interaksi antar fermion.

Partikel elementer penyusun materi yang berada pada kolom terakhir (4 partikel) masuk kategori boson. “Mereka” adalah partikel elementer yang menjadi mediator (perantara) pada proses terjadinya suatu interaksi dan mematuhi statistika Bose-Einstein (dikemukakan oleh Satyendra Nath Bose dan Albert Einstein secara terpisah) diantaranya adalah memiliki spin kelipatan bilangan bulat, tidak mematuhi prinsip eksklusi Pauli dan fungsi gelombangnya bersifat simetris.
a.    Force particles (gauge bosons)
Bagian yang berwarna merah adalah partikel yang masuk kategori boson. Terdapat 4 jenis boson yaitu :
1)    photon,
2)    gluon,
3)    Z-boson,
4)    W-boson.
Keempatnya merupakan mediator pada interaksi fundamental dalam fisika. Photon adalah mediator pada interaksi elektromagnetik; gluon adalah mediator pada interaksi kuat dan Z-boson dan W-boson adalah mediator pada interaksi lemah. Terdapat empat interaksi fundamental dalam fisika, tiga diantaranya sudah disebutkan diatas dan yang keempat adalah interaksi gravitasi. Saat mempelajari partikel elementer, interaksi gravitasi diabaikan karena pengaruhnya sangat kecil dan dapat diabaikan. Analoginya adalah sama seperti saat kita mengabaikan gesekan udara pada waktu menghitung energi mekanik dari batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu diatas permukaan bumi.
b.    Scalar boson

Gambar 1
Karakteristik dan pengklasifikasi partikel elementer
Sumber: http://www.fisikanet.lipi.go.id

Sumber :
Anonim. 2011. Interaksi Fundamental dan Partikel Elementer. http://www.forumsains.com/artikel/110/?print. Diakses pada tanggal 18 Mei 2014.
Rahmawati, Dina. 2010. Partikel Elementer. http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1275348660. Diakses pada tanggal 18 Mei 2014.