Melewati Model Piawai: Adisimetri dan Matra Lebihan

dauswq

Oleh:

Mohd Faudzi Bin Umar
        Jabatan Fizik
        Fakulti Sains dan Teknologi
        Universiti Pendidikan Sultan Idris

http://metafizik-inderakayangan.blogspot.com/

Model Piawai (Standard Model) dalam fizik zarah adalah teori berkenaan interaksi-interaksi keelektromagnetan, lemah dan kuat, dikatakan ia adalah kejayaan yang terbesar dalam fizik zarah dalam membina satu teori unik yang mampu menjelaskan zarah subatomic alam semesta. Model ini telah dibina pada pertengahan abad ke-20, selepas teori medan kuantum dibina dan beberapa kejayaan ujikaji dijalankan yang mengesahkan beberapa zarah-zarah tolok dan kuark-kuark (kuark dasar ditemui pada tahun 1977 dan kuark puncak pula pada tahun 1995). Oleh kerana Model Piawai berjaya menjelaskan beberapa pengesahan ujikaji, seperti yang dimaklumkan model ini merupakan kejayaan terbesar dalam fizik malahan ia digambarkan seperti menghampiri Teori Segala-gala (Teori Of Everything).

Zarah asas alam semesta terbahagi kepada dua, iaitu zarah fermion dan zarah boson. Zarah fermion adalah zarah yang mematuhi Prinsip Pengecualian Pauli (Pauli Exclusion Principle) dan ia mempunyai spin separa integer. Jika dalam Model Piawai ia adalah zarah jirim yang membina juzuk alam semesta ini. Manakala zarah boson pula adalah sebaliknya, iaitu tidak mematuhi Prinsip Pengecualian Pauli dan ia adalah zarah berspin integer. Jika Model Piawai, zarah boson yang bertanggungjawab ke atas interaksi-interaksi alam semesta yang menjadi tolok perantaraannya. Ringkasnya, zarah jirim alam semesta terbahagi kepada dua kelas atau keluarga iaitu lepton dan kuark. Terdapat enam jenis kuark (atas, bawah, pesona, ganjil, puncak dan dasar) dan enam jenis lepton (electron, neutrino electron, muon, neutrino muon, tau, neutrino tau). Setiap keluarga zarah tersebut, telah dibahagikan pula dengan beberapa generasi yang dicirikan dengan interaksi dan nombor kuantumnya. Tambahan lagi setiap zarah jirim tersebut mempunyai antizarah dan mempunyai cas kecuali elektron neutrino, muon neutrino dan tau neutrino. Ia telah dirumuskan dalam Jadual 1 di bawah:

Jadual 1

Keluarga	Cas	Generasi 1	Generasi 2	Generasi 3
Kuark	+2/3	Atas	Pesona	Puncak
	-1/3	Bawah	Ganjil	Dasar
Lepton	-1	Elektron	Muon	Tau
	0	Neutrino elektron	Neutrino muon	Neutrino tau

Model Piawai menjelaskan bahawa setiap interaksi yang terhasil, ia perlu melibatkan perantaraan zarah, yang mana ia dikenali sebagai zarah tolok interaksi dan zarah tersebut adalah zarah boson yang berspin integer. Bagi interaksi electromagnet, foton yang menjadi zarah di antara zarah-zarah bercas dan ia tidak berjisim. Manakala dalam interaksi lemah pula, zarah W+, W- dan Z menjadi perantaraan di antara zarah-zarah yang berbeza perasa (salah jenis ciri dalam keluarga kuark). Contoh-contoh interaksi lemah boleh dilihat dalam Gambarajah 1 dan 2. Seterusnya, zarah gluon adalah zarah perantaraan bagi interaksi kuat. Terdapat lapan zarah gluon, merupakan gabungan cirri-ciri yang berbeza warna (merah, hijau dan biru) dan antiwarnanya.

Gambarajah 1: Pereputan beta iaitu neuton mereput kepada proton dan elektron(contoh: perputan Co-60). Sumber: scientific-web.com

Gambarajah 2: Interaksi diantara positron dan elektron, membentuk kuark dan antikuark menerusi zarah Z sebagai perantaraannya. Sumber:
http://www-sldnt.slac.stanford.edu/alr/standard_model.htm

Gambarajah 3: Rajah Feynman bagi interaksi diantara kuark (berbeza warna) menerusi zarah gluon.

Sumber: http://commons.wikimedia.org/wik ... Gluon_Radiation.svg

Perbincangan ringkas telah diberikan di atas mengenai Model Piawai, yang menjanjikan penjelasan yang baik mengenai zarah-zarah asas dan mengukirkan senyuman pada wajah ahli fizik zarah. Namun senyuman pada wajah ahli fizik zarah tidak berpanjangan, apabila Model Piawai telah meninggalkan beberapa persoalan asas yang tak terjawab. Antara persoalan-persoalan tersebut adalah mengenai simetri yang lebih baik untuk difahami dalam menggabungkan antara interaksi yang telah dibincangkan dengan interaksi graviti kemudian berlakunya beberapa permasalahan yang sangat serius berlaku dalam Model Piawai iaitu nisbah skala elektrolemah (gabungan electromagnet dan lemah) dengan skala Planck sangat jauh berbezanya, iatu sekitar 10-16 , masalah dikenali sebagai Masalah Hieraki. Selain itu, berlaku fenomena Kuantum Kromodinamik tidak mencabul simetri-CP dalam fizik zarah. Model Piawai juga tidak menyelesaikan masalah penyatuan gandingan tolok interaksi dalam Teori Kesatuan Gedang.

Zarah Higgs secara hipotesisnya bertanggungjawab terhadap kewujudan jisim zarah, juga telah menyumbang masalah kepada Model Piawai, kerana zarah tersebut masih belum dibuktikan secara ujikaji (ahli fizik zarah berharap akan kewujudannya melalui ujikaji Pemecut Hadron Gergasi atau diInggeriskan Large Hadron Collider). Ia adalah zarah boson berjisim dan medan scalar spin-0. Seterusnya dalam aspek kosmologi pula, Model Piawai tidak dapat untuk menjelaskan kewujudan zarah gelap dan tenaga gelap, yang dikatakan mendominasi peratusan zarah jirim alam semesta. Selain itu, berlakunya masalah pemalar kosmologi yang sangat besar nilainya terhasil daripada tenaga titik-sifar (vakum kuantum).

Bagi melengkapkan Model Piawai tersebut, berberapa penambahbaikan telah dicadangkan bagi menyelesaikan beberapa masalah yang tersemat dalam model tersebut, di antaranya ialah Adisimetri atau dikenali umum sebagai supersimetri, yang menjadi perencah kepada penambahbaikan Model Piawai. Model tersebut yang ditambahkan dengan prinsip adisimetri tersebut dikenali sebagai Model Piawai Adisimetri Terminima (diringkaskan menjadi MPAT). MPAT meramalkan kewujudan zarah adirakannya setiap zarah yang terkandung dalam Model Piawai, kerana adisimetri adalah satu simetri yang menghubungkan zarah boson kepada zarah fermion dan begitulah sebaliknya. Bagi adizarah bagi zarah fermion semulajadi dalam MPAT, ia dikenali dengan nama s- (contoh: adizarah bagi zarah electron dikenali sebagai selektron). Manakala, adizarah bagi zarah boson semulajadi dalam MPAT, ia dikenali dengan nama –ino (contoh: adizarah bagi zarah gluon dikenali sebagai gluino). Model baru ini mampu menyelesaikan
masalah penyatuan gandingan
tolok interaksi seperti terlampir dalam Gambarajah 4 dibawah. Model Piawai tidak mampu melaraskan pemalar gandingan bagi interaksi electromagnet supaya selaras dengan pemalar gandingan interaksi lemah dan kuat.

Gambarajah 4:
Masalah penyatuan gandinga tolok interaksi

Sumber: http://www.pha.jhu.edu/~gbruhn/IntroSUSY.html

Sebelah kanan gambarajah adalah Model Piawai dan sebelah kira pula adalah MPAT, yang mana MPAT menyatukan gandingan tolok interaksi tersebut pada skala 16. Garis lurus berwarna merah mewakili nisbah pemalar gandingan tolok elektromagnetan, garis lurus berwarna hijau pula adalah nisbah pemalar gandingan tolok interaksi lemah dan garis lurus berwarna biru adalah nisbah pemalar gandingan tolok untuk interaksi kuat. MPAT juga telah meramalkan kewujudan Zarah Beradisimetri Teringan (ZBT) atau diInggeriskan Lightest Supersymmetric Particle.
Dikatakan ZBT adalah cadangan atau calon kepada kewujudan jirim gelap dan sememangnya ZBT adalah zarah berjisim berinteraksi secara lemah bermaksud zarah tersebut agak sukar dicerap menerusi aplikasi hukum fizik; kerana ia bercas neutral, tiada warna dan tidak mengubah sebarang perubahan fizik melalui interaksinya. Antara calon-calon ZBT secara hipotesis, adalah neutralino, gravitino dan sneutrino.

MPAT adalah penambahbaikkan Model Piawai menerusi aspek simetri, yang mana ahli fizik teori dari bidang adisimetri percaya bahawa hokum alam semesta ini mematuhi prinsip-prinsip kesimetrian, ini dapat dilihat daripada kejayaan beberapa penjelasan interaksi-interaksi alam semesta menerusi kumpula simetri tolok masing-masing. Namun
terdapat beberapa kelainan dalam penambahbaikkan dalam Model Piawai untuk menyelesaikan beberapa masalah yang dihadapai, diantaranya ialah cadangan matra lebihan iaitu lebih daripada empat matra atau dimensi (3matra ruang + satu matra masa). Matra lebihan telah dibina oleh dua kumpulan pengkaji yang bebas dan juga mempunyai perbezaan dari segi asas prinsip pembinaannya. Kumpulan dari Lisa Randall dan Raman Sundrum telah mencadangkan bahawa alam semesta sebenar mempunyai kematraan yang tinggi dijelaskan dengan geometri tergulung. Mereka menyatakan bahwa zarah asas yang kita dapati sekaran di alam semesta kita seperti zarah tau, kuark dan zarah jirim dan tolok yang lain berada di atas membran (3+1)matra yang kita diami sekarang. Manakala zarah graviton pula tersebar ke matra yang tinggi yang dikenali sebagai bulk. Secara tidak langsung ia menjawab masalah hieraki, mengenai skala elektrolemah dan Planck yang sangat jauh perbezaannya.

Pembinaan matra lebihan dari aspek yang lain pula telah dikaji oleh kumpulan Nima Arkani-Hamed, Savas Dimopoulos, dan Gia Dvali atau dikenali dengan Model ADD juga dikenali dengan nama matra lebihan besar (diInggeriskan dengan nama Large Extra Dimensions) merupakan juga satu senario dalam fizik zarah atau alternatif to menjelaskan akan lemahnya daya graviti relatif terhadap daya interaksi alam semesta yang lain. Model ini menyatakan juga bahawa zarah dalam Model Piawai terkekang terhadap membran bermatra empat, sementara itu graviti tersebar dalam beberapa tambahan matra ruang yang lain. Model ini dibina bertujuan menyingkir masalah hieraki yang berlaku dalam Model Piawai. Selain menjawab persoalan masalah hieraki, usulan matra lebihan ini juga mencadangkan zarah yang misteri yang seakan-akan sifatnya seperti jirim gelap, usulan zarah ini beranologikan daripada zarah beradisimetri teringan dan ia dikenali sebagai Zarah Kaluza-Klein Teringan. Zarah ini terbit dari idea Teori Kaluza-Klein dan zarah ini juga masih dalam pembinaan teorinya.

Meskipun pelbagai perencah (prinsip dan idea) telah dicadangkan untuk penambahbaikkan bagi Model Piawai tersebut, ia tidaklah memberikan apa-apa maksud fizikal kepada hukum alam semesta, kecuali jika ia dibuktikan secara ujikaji dan itulah yang kita nantikan daripada data dan keputusan hasil penemuan daripada Pemecut Hadron Gergasi, sama ada keputusan yang ditemui itu secara langsung atau secara tidak langsung. Selain daripada prinsip adisimetri dan model matra lebihan yang telah dibincangkan di atas, terdapat beberapa idea atau model juga telah dicadangkan dalam penambahbaikan Model Piawai, namun tidak dapat diperbincangkan disini kerana ianya diluar bidang kajian penulis. Antara model dan teori tersebut seperti tekniwarna, kesatuan gedang dab teori elektrolemah. Sebelum diakhiri penulisan ini, penulis telah melampirkan gambarajah di bawah mengenai ramalan kesahan prinsip adisimetri seperti yang dijelaskan di atas.

Gambarajah 5: Perlanggaran di antara proton di Pemecut Hadron Gergasi diramalkan akan berlaku fenomena seperti di dalam gambarajah. Di antaranya adalah penghasilan langsung yang diramalkan adalah gluino dan skuark , merupakan zarah adisimetri. Manakala pengesanan secara tidak langsung dapat dilakukan dengan mengesan zarah kuarkdan antikuark terhasil daripada pereputan gluino.

Sumber: MajalahSains

dauswq

sesiapa yg dah belaja quantum physics...
akn fhm teori ini

lin0me

masalahnya blajar fizik dlm bi..ada certain ayat tu tak faham bila ditranslate dlm bm...