Laporan Produktifitas Primer

MAKALAH

 “PARTIKEL ELEMENTER”

Untuk memenuhi tugas mata kuliah radioaktifitas

 

DISUSUN OLEH :

KELOMPOK

1.     Rita Nur Saidah             (13030654044)

2.     Titah Fajar Rizki            (13030654047)

3.     Prasetyarini Mustikaratri         (13030654071)

4.     Winda Nur Ainun          (13030654081)

PENDIDIKAN IPA B 2013

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2015

BAB I

PENDAHULUAN

                                                  

A.  LATAR BELAKANG

  Pengetahuan bahwa materi tersusun oleh atom-atom akan memudahkan untuk memahami sifat-sifat materi tersebut secara lengkap maka harus dipelajari interaksi antar atom yang menyusunnya. Dengan demikian, teknologi yang hancur bisa dipulihkan dalam waktu relatif lebih singkat dari pada 100 tahun lebih evolusi komputer menjadi sebuah mesin handal seperti yang kita punya sekarang. Namun sayangnya, atom itu bukanlah partikel elementer. Studi tentang atom ternyata berhenti di situ. Para fisikawan kontemporer kini tak lagi percaya bahwa elektron, proton dan neutron sebagi unit terkecil dari suatu atom. Mereka justru melihat ketiganya justru merupakan agregat dari partikel-partikel dasar yang disebut “Quark” dan “Antiquark” membentuk meson, baryon, lambda dan plasma inti berupa proton dan neutron. Bertahun-tahun setelah John Dalton mengeluarkan 3 postulat teori atomnya pada 1803, Murray Gell-mann mengklasifikasi prilaku ratusan partikel sebagai kombinasi dari partikel elementer yang bernama Quark. Quark bersama elektron kemudian menjadi 2 partikel pembentuk materi pertama yang ditemukan. Di luar itu, ada pula konsep yang menyebutnya subpartikel muon, neutrino, antineutrino, lepton dan lain-lain, istilah fisika partikel. Diketahui bahwa partikel elementer didefenisikan sebagai elemen dasar penyusun alam semesta, disebut juga elementary particle atau building block particle karena kombinasi partikel inilah materi tersusun. Ini ibarat batu bata yang menyusun rumah. Tapi, bagaimana sifat dan karakteristik partikel-partikel dasar itu sesungguhnya hingga kini masih dipelajari para ahli. Berdasarkan hal tersebut, maka penulis menyusun makalah yang berjudul “Partikel Elementer”. 

B.  RUMUSAN MASALAH

Adapun rumusan masalah pada makalah ini antara lain:

1.    Bagaimana definisi partikel elementer?

2.    Bagaiamana klasifikasi partikel elementer?

C.  TUJUAN PENULISAN

Tujuan penulisan makalah ini adalah:

1.    Mengidentifikasi definisi partikel elementer

2.    Mengidentifikasi klasifikasi partikel elementer

BAB II

PEMBAHASAN

A.  DEFINISI PARTIKEL ELEMENTER

Partikel elementer adalah sebuah partikel yang terbangun dari sejumlah kecil partikel yang belum dikenal atau belum terdeteksi bagian-bagiannya. Entah tersusun dari 1 partikel (partikel tunggal) atau tersusun dari beberapa partikel. Namun kenyataanya, partikel-partikel elementer merupakan unsur pokok yang membangun materi.

Partikel elementer secara garis besar dapat dibedakan berdasarkan nilai spinnya atau berdasarkan interaksi yang mempengaruhi. Berdasarkan perbedaan nilai spinnya partikel dibedakan menjadi partikel fermion (spin pecahan) dan partikel boson (spin bulat), sedangkan berdasarkan interaksi yang mempengaruhi partikel dibedakan partikel hadron, yang dipengaruhi interaksi kuat, interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik, sedangkan partikel lepton dipengaruhi oleh interaksi lemah dan interaksi elektromagnetik.

B.  KLASIFIKASI PARTIKEL ELEMENTER

Partikel elementer diklasifikasikan menjadi dua, antara lain:

1.    Fundamental Fermions

Fermion adalah semua partikel yang memenuhi spin paruh-integral dan memenuhi statistik kuantum Fermi—Dirac. Fermion dianggap merupakan kelompok partikel yang bekerja sebagai kurir materi, dengan masa real, sehingga fermion memenuhi Prinsip Ekslusi Pauli dalam status kuantum, dimanaa tak bisa ada dua fermion identik dapat berada di suatu status kuantum sama, di level energi sama, atau ruang-waktu sama. Mencakup, baryon dan lepton, dan quark.

a.    Quark

Quark sebagaimana dijelaskan dalam model standar pada fisika partikel, gabungan antar Quark membentuk partikel komposit bernama Hadron. Partikel Hadron yang paling stabil berupa Proton & Neutron yang merupakan komponen pembentuk inti atom. Terdapat 6 jenis quark, yaitu Up, Down, Strange, Charms, Bottoms dan Top. Up dan Down memiliki massa yang terlemah. Massa untuk keseluruhan keenam jenis quark sebagai perbandingan proton dan elektron merah) ditampilkan dipojok kiri bawah sebagai perbandingan.

Di antara keenam jenis quark, quark terberat berubah jenis menjadi quark up dan down melalui proses peluruhan partikel, transformasi quark terberat menjadi quark teringan. Karena inilah quark up maupun quark down merupakan jenis quark terstabil di antara keenam jenis quark dan yang paling umum dijumpai di alam. Hanya quark-lah yang memenuhi keempat interaksi fundamental, dikenal juga sebagai gaya fundamental (elektromagnetik, gravitasi, interaksi kuat partikel, dan interaksi lemah partikel). Dan untuk setiap jenis quark terdapat jenis lawannya yaitu antiquark.

Nilai muatan listrik quark ialah 1⁄3 atau 2⁄3 tergantung jenis dari quark itu sendiri. Quark Up, Charms, dan Top memiliki nilai muatan listirik +2⁄3. Sedangkan Down, Strange dan Bottom memiliki nilai muatan −1⁄3. Antiquark memiliki nilai muatan listrik yang belawanan dengan quark. Tipe Up antiquark −2⁄3 dan tipe Down antiquark +1⁄3. arah spin dari quark berupa +¹⁄₂ ( ↑ ) dan −¹⁄₂ ( ↓ ).

b.    Lepton

Lepton adalah salah satu golongan partikel fundamental yang terdiri dari elektron (e) sebagai partikel bermuatan negatif yang paling ringan, muon (μ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 200 kali lebih besar dari massa elektron dan tau (τ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 3500 lebih besar dari massa elektron. Selain ketiga jenis partikel elementer di atas terdapat pula tiga partikel elementer yang lain yang termasuk dalam lepton yaitu tiga jenis neutrino. Setiap neutrino diasosiasikan dengan setiap jenis partikel elementer di atas dan diberi nama masing-masing sebagai neutrino-elektron, neutrino-muon  dan neutrino-tau. Neutrino merupakan golongan lepton yang unik dimana selain tidak memiliki muatan listrik, neutrino juga tidak memiliki massa. Berdasarkan tata cara penggolongannya, lepton dapat dibagi atas 6 jenis yaitu :

-  e (electron), μ (muon), τ(tau)

-  ν_e (electron neutrino), ν_μ (muon neutrino), ν_τ (tau neutrino)

c.    Baryon

Baryon adalah fermion hadron, alias fermion yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat, dan luruh menjadi nukleon dengan radiasi emisi meson. Sehingga semua baryon harus memiliki masa lebih besar daripada atau samadengan masa proton. Mencakup hyperon dan nukleon. Hyperon mencakup omegon, xion, sigmon, dan lamdon. Sedangkan nukleon mencakup neutron dan proton. Masing-masng dengan anti-partikel. Baryon memiliki idetitas, nomor baryon [B], satu untuk baryon [B = 1] dan minus atau untuk anti-baryon [B = –1]. Sehingga untuk semua partikel non-baryon adalah nol [B = 0]. Total nomor baryon memenuhi konservasi dalam interaksi nuklir kuat. Baryon terdiri dari 3 kuark, masing-maisng dengan nomor bariyon 1/3 [B = 1/3], dan anti-baryon terdiri dari 3 anti-kuark, masing-maisng dengan nomor bariyon 1/3 [B = –1/3].

2.    Fundamental Bosons

Boson adalah partikel yang memenuhi spin integral dan memenuhi statistik kuantum Bose—Einstein. Merupakan kelompok partikel yang bekerja sebagai kurir energi, dengan masa virtual, bahkan sebagian adalah nol, sehingga boson tak memenuhi Prinsip Ekslusi Pauli dalan status kuantum, dimana bisa ada dua boson identik dapat berada di suatu status kuantum sama, di level energi sama, atau ruang-waktu sama. Fundamental boson mencakup meson dan foton, tachyon, graviton dan gluon.

a.    Meson

Meson adalah boson hadron, alias boson yang mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat. Mencakup meson H dan meson L. Meson H mencakup eton, chion, dan kaon. Meson L mencakup pion. Meson terdiri dari pasangan kuark dan anti-kuark. Karena meson terdiri dari kuark sebagai subpartikel, mereka juga dapat mengambil peran dan interaksi nuklir lemah. Sedangkan meson bermuatan dengan sendirinya terlibat dalam interaksi elektromagnetik. Meson disubklasifikasikan berdasarkan pada kuark penyusunya, momentum angular total, paritas, paritas C, dan paritas G. Meson tak dihasilkan dalam keluruhan radioativitas, tapi secara alami dalam interaksi energi tinggi antar partikel berkomposisi kuark di radiasi kosmik. Semua meson adalah labil dan waktu hidup sangat singkat.

b.    Foton

Photon atau foton adalah boson non-hadron, alias boson yang tak mengambil peran dalam interaksi nuklir kuat, tapi boson tolok interaksi elektromagnetik, dan adalah kuantum radiasi elektromagnetik, alias partikel elemeter cahaya dengan masa-gerak nol, dan disebut juga partikel radiasi gamma, dengan kecepatan rambat di ruang kosong, konstan, c = 299.792,5 km/detik atau mendekati 300.000 km/detik. Meski foton adalah partikel non-material masiv alias dengan masa nol, tapi dalam perambatannya, ia dilenturkan oleh medan gravitasional, sehingga dapat disedot habis oleh singularitas lubang hitam bangkai bintang mati, dimana tak seberkas sinar cahaya pun dapat meloloskan diri dari permukaannya, yang mana membuatnya sama sekali tanpa cahaya, sehingga karenanya dinamakan lubang hitam.

c.    Tachyon

Tachyon adalah partikel ekstrarelativistik hipotetik, bergerak lebih cepat daripada cahaya, dipostulatkan di 1967 oleh fisikawan Gerald Feinberg. Syarat keberadaannya adalah bahwa, satu diantara dua propertas eksistensi, kuantitas energi atau masa materi, harus virtual bila satu lagi real, dan sebaliknya. Kebanyakan fisikawan menganggap bahwa kemungkinan keberadaan takhyon sangat sulit diterima, karena tak konsisten dan bahkan melanggar semua hukum fisika belaku saat ini, seperti mematahkan invariasi Lorentz dan teori Khusus Relativitas Eistein. Jika takhyon memang ada, maka berdasarkan pada teori Khusus Relativitas, ia dapat membuka peluang perjalanan antariksa antar galaktik, dan bahkan antar waktu, dimana terlampau banyak kendala tak terpecahkan dalam kecepatan cahaya.

d.   Graviton

Graviton adalah partikel boson non-hadron hipotetik dianggap bertanggungjawab atas efek gravitasi. Dalam kuantum gravitasi, graviton adalah kuantum radiasi gravitasional, dengan masa-diam nol, muatan netral, dengan anti-partikel adalah dirinya sendiri, karena gravitasi adalah monopol atau kutub tunggal, dan dengan spin 2. Penetapan spin graviton adalah berdasarkan pada energi stress-tensor, tensor peringkat dua, dibandingkan dengan tensor peringkat 1 pada energi elektromagnetik foton sebagai boson dengan spin 1. Sehingga eksperimen untuk melacak keberadaan graviton fokus pada partikel dengan masa 0 dan spin 2. Tapi hingga kini, kecuali bahwa gelombang gravitasi telah berhasil didteksi, graviton masih misteri.Sangat banyak kendala dan kesulitan sangat pelik dan rumit dalam memasukan fitur graviton dalam berbagai teori fisika dikembangkan selama ini, yang mana menimbulkan problem besar dalam teori mikrokosmik menyangkut skala interaksi gravitasional yang justeru efektiv dalam skala makrokosmik mencapai jarak ruang tak-terhingga. Dalam fisika energi tinggi, graviton melibatkan energi mendekati atau bahkan melampaui skala kuantum Planck, dimana infinitas muncul karena efek kuantum. Secara teknik, dkatakan bahwa graviton tak bisa di renormalisasi.

Teori fisika modern tetang gravitasi, kuantum, dan relativistik, yang dikenal selama ini, runtuh ketika mencoba menjelaskan gravitasi di pusat lubang hitam. Hanya ada satu cara untuk mengatasi kesulitan ini, mengembangkan teori baru, "Teori Gravitas Kuantum" (Theory of Quantum Gravity), yang berlandaskan pada Teori Dawai (String Theory), dimana partikel dan gelombang diganrikan oleh dawai (string). Teori string memprediksi eksistensi graviton dan interaksinya dengan cara lebih memuaskan, dimana dalam teori pertubativ dawai, graviton adalah dawai tertutup dalam status vibrasional energi rendah. Pemencaran graviton dapat dikomputasi dari beberapa fungsi korelasi dalam teori medan konformal atau teori matriks.

Jika kelak graviton ditemukan, maka akan sangat banyak membuka rahasia hal terpecahkan selama ini dalam fisika, mencakup tentang keberadaan materi gelap dan energi gelap yang mengisi hampir 90 persen semesta, tentang apakah ada anti-gravitasi, tentang monopol atau kutub tunggal, singularitas lubang hitam, penuntasan Teori Paduan Agung, dan masih banyak lagi, yang juga akan membuka babak revolusi besar dan sangat menakjubkan dalam teknologi rekayasa, mencakup penerbangan antariksa. 

e.    Gluon

Gluon adalah partikel elementer dianggap bertanggungjawab atas efek interaksi nuklir kuat, dengan spin 1, dimana ia bekerja sebagai perekat quark via pertukaran mereka, pertukaran gluon sebagai boson tolok antar kuark. Istilah gluon diperkenalkan di 1962 oleh fifikawan Murray Gell-Mann, berasal dari kata "glue" dalam bahasa Inggris, yang berarti perekat.

Pertukaran gluon antarakuark, analogus dengan pertukaran foton sebagai partikel elementer dalam interaksi elektromagnetik. Tapi berbeda dengan foton, yang tak bermuatan listrik dan tak bermuatan warna, gluon memfungsikan dirinya sebagai kurir muatan warna (color charge). Hal ini membedakan QCD (Quantum ChromoDinamycs) dalam interaksi nuklir kuat dengan QED (Quantum Electrodynamics) dalam interaksi elektromagnetik, dan secara kasar dapat dikatakan bahwa QCD lebih kompleks daripada QED, dimana ada delapan tipe gluon di QCD, sementara hanya ada satu tipe foton di QED.

Satu kerumitan yang memerlukan formulasi matematik fisika dalam QCD adalah bahwa kuark memiliki tiga muatan warna, sebaliknya anti-kuark memiliki tiga muatan anti-warna, dan gluon membawa pasangan warna dan anti-warna.

BAB III

PENUTUP

A.  KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan diatas dapat kita simpulkan bahwa:

1.    Partikel elementer adalah sebuah partikel yang terbangun dari sejumlah kecil partikel yang belum dikenal atau belum terdeteksi bagian-bagiannya.

2.    Partikel elementer diklasifikasikan menjadi fundamental fermions dan fundamental bosons. Fermion dianggap merupakan kelompok partikel yang bekerja sebagai kurir materi, dengan masa real. Fermion mencakup baryon dan lepton, dan quark. Sedangkan boson adalah partikel yang memenuhi spin integral dan memenuhi statistik kuantum Bose—Einstein. Merupakan kelompok partikel yang bekerja sebagai kurir energi, dengan masa virtual, bahkan sebagian adalah nol, sehingga boson tak memenuhi Prinsip Ekslusi Pauli dalan status kuantum. Mencakup meson dan foton, tachyon, graviton dan gluon.

B.  SARAN

Pemaparan dalam pembahasan kurang luas karena adanya keterbatasan pengetahuan dan kekurangan literatur terutama dari buku. Sebaiknya penulis mencari dan menggunakan studi literatur dari buku yang lebih banyak dari pada bersumber dari internet sehingga diperoleh hasil yang lebih terpercaya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2014. Kuark. (online) ( Dapat diakses di http://id.wikipedia.org/wiki/Kuark tanggal 25 Mei 2015)

Alex. 2014. Mengapa materi bisa mengeluarkan radiasi. (online) (Dapat diakses di http://ilmunuklir.wordpress.com/tag/partikel-elementer/ tanggal 25 Mei 2015)

Rusmana, Encu. 2010. Sekilas Tentang Quark Dan Lepton.(online) ( Dapat di akses di http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1274657407  tanggal 25 Mei 2015)