Melampaui Cahaya, Menantang Einstein

Ilmuwan Eropa menemukan neutrino, yang diklaim bergerak melebihi kecepatan cahaya. Menggoyahkan fondasi teori Albert Einstein.

Puluhan ilmuwan di dua laboratorium milik European Organization for Nuclear Research (CERN) terus memperhatikan perjalanan partikel neutrino. Rombongan partikel yang membentuk lingkaran sepanjang 6,9 kilometer itu ditembakkan dari laboratorium yang terletak di barat laut kota Jenewa, perbatasan Swiss dan Prancis.

Wusss... lebih cepat dari kilat, neutrino menyusuri lorong bawah tanah sejauh 730 kilometer hingga sampai di Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), yang terletak di Italia. Partikel itu menumbuk emulsi film di laboratorium ini. Puluhan ilmuwan di dua laboratorium milik European Organization for Nuclear R e s e a r c h (CERN) terus m e m p e r h a t i k a n perjalanan partikel neutrino. Rombongan partikel yang membentuk lingkaran sepanjang 6,9 kilometer itu ditembakkan dari laboratorium yang terletak di barat laut kota Jenewa, perbatasan Swiss dan Prancis.

Jumat pekan lalu, mereka mengumumkan penelitian yang merupakan bagian dari eksperimen Opera (Oscillation Project with EmulsionTracking Apparatus). Eksperimen yang dirintis sejak 2008 dan melibatkan puluhan ilmuwan negara maju itu bertujuan mempelajari sifat partikel elementer bernama neutrino. Alih-alih memperdalam pengetahuan mengenai neutrino, mereka justru menemukan kenyataan bahwa partikel ini bergerak lebih cepat dari cahaya. Seandainya cahaya dan neutrino dilepas bersamaan dari Jenewa, neutrino akan menjadi pemenang, meninggalkan cahaya 20 meter di belakangnya. Hal ini berarti neutrino bisa ngebut 8 kilometer per detik lebih cepat dari cahaya. Alhasil, temuan ini menghancurkan pemikiran Albert Einstein.

Awalnya, riset ini menjadi desas desus di kalangan peneliti CERN. Selama lebih dari satu abad, seluruh fisikawan di dunia memegang teguh prinsip Albert Einstein yang menyatakan cahaya sebagai pemilik kecepatan tertinggi di alam semesta. Prinsip ini menjadi fondasi sekaligus tiang penopang seluruh pengetahuan fisika modern. Mulai teori penciptaan alam semesta, pembuatan bom atom, hingga persamaan kesetaraan massa dan energi E=mc² yang terkenal itu.

Jika neutrino lebih cepat dari cahaya, fisikawan harus berkutat menyusun ulang sebagian besar ilmu fisika. Namun peraih anugerah Nobel Fisika, Steven Weinberg, buru-buru menyatakan keraguannya. Ia meminta penjelasan ilmiah akan temuan ini. Maklum saja, penelitian neutrino membutuhkan tingkat ketepatan amat tinggi dan semua harus dibeberkan lebih jelas. “Klaim tanpa penjelasan sama saja dengan seseorang yang mengaku memelihara peri di bawah tamannya tapi hanya bisa terlihat di malam gelap yang berkabut,”ujar dia.

Fisikawan teori dari Arizona State University, Lawrence Krauss, menyebut tak ada alasan untuk tidak menyertakan penjelasan ilmiah saat mengumumkan sebuah temuan. Melanggar prinsip kecepatan absolut cahaya bagaikan upaya bunuh diri jika tak mempunyai bukti kuat. Fisikawan Opera, Dario Autiero, membantah semua tuduhan. Menurut dia, peralatan yang dipakai dalam eksperimen ini sangat memadai. Hal ini dibuktikan dengan kecilnya tingkat kesalahan yang mungkin dihasilkan dalam eksperimen.

Waktu kedatangan neutrino yang lebih cepat 60 nanodetik dari kecepatan cahaya memiliki tingkat ketidakpastian hanya sebesar 10 nanodetik. Begitu pula proses pengukuran waktu yang melibatkan satelit GPS akurasi tinggi, sehingga meningkatkan ketepatan.

Namun ia tak buru-buru mengklaim telah mengalahkan pemikiran Einstein. Karena itu, ia bersama fisikawan Opera lainnya menyebut temuan ini sebagai anomali. Selama 6 bulan terakhir, kelompoknya berupaya mencari penjelasan penyimpangan ini namun tidak berhasil. “Kami hanya menyodorkan fakta, fisikawan lain silakan melakukan interpretasi. Juga upaya mengulang eksperimen ini sangat kami dukung,“Autireo menjelaskan.



Beberapa fisikawan berupaya berkompromi dengan anomali ini. Profesor fisika partikel dan kosmologi dari Harvard University, Lisa Randall, menilai temuan partikel yang lebih cepat dari cahaya bukan berarti mengacaukan teori Einstein. Menurut dia, anomali ini bisa dijelaskan menggunakan teori dawai (string theory), yang mengungkapkan keberadaan dimensi lain selain tiga dimensi ruang. Dalam teori dawai, neutrino mungkin saja menembus dimensi lain untuk mencari jarak tempuh tersingkat. Hasilnya, ketika dihitung dalam dimensi manusia, neutrino seolah-olah bergerak melampaui kecepatan cahaya. Meski teori dawai bisa menjelaskan fenomena ini, Randall berharap eksperimen neutrino harus diulang agar hasilnya meyakinkan. Sementara itu, komunitas fisika masih ramai memperbincangkan neutrino pelanggar aturan, kelompok fisikawan dari Fermilab milik Amerika Serikat, yang mulai menyusun eksperimen baru menggunakan peralatan Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS). Pada 2007, eksperimen MINOS juga mengendus keberadaan neutrino yang bergerak melampaui kecepatan cahaya. Namun temuan itu cepat dibantah karena tingkat akurasi peralatan yang belum akurat. Sejak itu, tingkat ketepatan MINOS terus diperbaiki agar bisa menyamai kecanggihan Opera dan diperkirakan bisa menguji kesahihan neutrino lebih cepat dari cahaya saat beroperasi pada 2013.


Teori Einstein Masih Kuat

Profesor Terry Mart, ahli fisika partikel dari Universitas Indonesia, terus mengikuti eksperimen neutrino. Di kalangan ahli fisika internasional, Terry, yang lahir di Palembang 46 tahun lalu, terkenal karena risetnya tentang partikel kaon. Berikut ini Koran Tempo dengan Terry, yang lulus dari Jurusan Fisika UI dan doktor dari Institut fuer Kernphysik, Univer sitaet Mainz, Jerman, pada 1996.

Kenapa eksperimen ini bisa menemukan kecepatan neutrino?
Selain mengukur osilasi neutrino, peralatan pada eksperimen ini mampu menghitung waktu kedatangannya. Tingkat ketelitian pengukuran waktu mereka mencapai 10 nanodetik dan ketelitian pengukuran jarak mencapai 20 sentimeter untuk jarak 730 kilometer. Karena itu, kesalahan statistiknya sangat kecil.

Artinya, hasil eksperimen sudah valid?
 Belum. Dari makalahnya, mereka mengatakan masih menghitung kesalahan sistematik yang disebabkan oleh perubahan kondisi lingkungan. Selain itu, hasil eksperimen ini harus dilakukan ulang oleh peneliti lain dengan metode dan peralatan berbeda. Jika banyak eksperimen lain menghasilkan hal serupa, barulah temuan ini dikatakan valid. Ini proses panjang.

Jika neutrino lebih cepat daripada cahaya, apakah teori Einstein runtuh?
 Tidak juga. Fisikawan adalah orang yang kreatif. Teoriteori lain bisa dipakai untuk menjelaskan partikel bergerak lebih cepat daripada cahaya.

Contoh teori tersebut?
Ada ilmuwan asal Jerman yang mempelajari dimensi ekstra (extra dimension). Menurut dia, neutrino bisa masuk ke dalam dimensi keempat saat ditembakkan dari perbatasan Swiss-Prancis dan Italia. Pada dimensi keempat, neutrino menempuh jarak yang lebih dekat sehingga waktu tempuh menjadi lebih singkat. Dimensi ekstra dan bantuan teori superdawai (superstring) bisa menjelaskan anomali kecepatan neutrino. Jadi fisikawan tak harus mengorbankan teori Einstein.

Apakah teori Einstein tidak bisa digugat?
Sejak 1905, banyak orang mengklaim bahwa teori Einstein salah. Namun tak ada bukti kuat yang mendukung klaim itu. Sampai sekarang teori Einstein masih kuat.

Fisika Modern Harus Direvisi

Temuan neutrino memancarkan sirene bahaya pada dunia fisika. Kesimpulan ini disampaikan Profesor Freddy Permana Zen, yang saat ini menjabat Deputi Menteri Riset dan Teknologi Bidang Sumber Daya Ilmu Pengetahuan dan Teknologi. Freddy adalah pakar dua teori besar dalam fisika modern: teori relativitas dan teori kuantum.
Setelah mendapatkan gelar doktor dari Hiroshima University pada 1994, ia menjadi dosen fisika di Institut Teknologi Bandung. Berikut wawancara Koran Tempo dengan Freddy Permana Zen.

Bagaimana neutrino bisa melampaui kecepatan cahaya?
Temuan ini sangat tidak terduga. Pada 1905, Einstein menyebutkan dalam teori relativitas khusus bahwa cahaya adalah elemen paling cepat di alam semesta. Sejak saat itu tidak ada partikel yang melanggar aturan Einstein ini.

Apa yang terjadi setelah riset terbaru neutrino ini ?
Pertama, dari perspektif teori relativitas, massa benda semakin besar ketika mendekati kecepatan cahaya. Jika melampaui kecepatan cahaya, massa neutrino menjadi imajiner, tak berhingga. Kedua, neutrino baru diketahui setelah partikel melampaui pengamat, artinya sebab-akibat jadi terbalik. Analoginya, mobil lebih dulu melintasi kita, baru kemudian kita melihat mobil itu.

Konsekuensi ?
Usia alam semesta berubah. Menurut teori kosmologi standar, alam semesta berusia 13,7 miliar tahun. Tapi neutrino yang bergerak lebih cepat daripada cahaya mempengaruhi pembentukan alam semesta. Usia alam semesta menjadi lebih tua.

Apa konsekuensi lainnya?
Besar sekali bagi fisika. Seluruh hukum fisika modern harus direvisi. Termasuk teori relativitas dan teori pembentukan alam semesta. Revolusioner sekali.

Revolusi ini ditentang ahli fisika?
Hukum fisika bisa berubah. Sama seperti Einstein memperbaiki teori gravitasi Newton melalui teori relativitas umum. Begitu pula jika teori relativitas tak bisa menjelaskan kecepatan neutrino, teori Einstein bisa diperbaiki.

Ada kemungkinan lain?
Bisa saja neutrino menjalar ke dimensi lain, selain empat dimensi yang dirasakan manusia (dimensi ruang-waktu). Pada dimensi ekstra, neutrino mencari jalan terpendek sehingga waktu tempuh lebih cepat.

Koran Tempo | BERBAGAI SUMBER