Mengobrak-abrik Demi Teori Final

Oleh: Zeeya Merali
(Sumber: Scientific American, September 2010, hal. 14 & 17)

Memutar balik jarum jam sebanyak setengah abad mungkin bisa menjadi kunci pemecahan salah satu teka-teki terbesar sains: bagaimana menyatukan gravitasi dan fisika partikel. Paling tidak, itulah harapan para peneliti yang menganjurkan pendekatan kembali-ke-dasar dalam mencari teori fisika terpadu.

Juli lalu, matematikawan dan fisikawan bertemu di Banff International Research Station di Alberta, Kanada, untuk mendiskusikan kembalinya mereka ke masa keemasan fisika partikel. Mereka berbalik ke tahun 1960-an, tatkala fisikawan Murray Gell-Mann menyadari bahwa partikel-partikel unsur dapat dikelompokkan menurut massa, muatan, dan atribut lainnya, jatuh ke dalam pola-pola yang menyamai struktur matematika simetris rumit, dikenal sebagai grup Lie (“lee”). Daya kebersesuaian ini dipererat ketika Gell-Mann memetakan partikel-partikel yang diketahui oleh grup Lie SO(3), menguak sebuah posisi kosong yang mengisyaratkan harus adanya suatu partikel baru: “Omega minus” yang ditemukan tak lama kemudian.

Selama beberapa dekade berikutnya, strategi ini membantu ilmuwan mengembangkan Standard Model fisika partikel, yang memakai kombinasi tiga grup Lie untuk menjalin semua partikel unsur dan tiga gaya fundamental: elektromagnetisme, gaya kuat (yang menjaga kesatuan nukleus atom), dan gaya lemah (yang mengatur keradioaktifan). Seolah hanya soal waktu sebelum fisikawan menemukan suatu grup Lie luas yang dapat menampung segalanya, termasuk gravitasi. Tapi upaya tersebut gagal lantaran memprediksi fenomena yang belum dijumpai di alam, misalnya peluruhan foton, ungkap fisikawan Roberto Percacci dari International School for Advanced Studies di Trieste, Italia.

Pendekatan ini kehilangan dukungan di tahun 1980-an, seiring kian populernya calon-calon ide unifikasi lain, seperti teori string. Tapi terilhami oleh sejarah, Percacci mengembangkan sebuah model bersama Fabrizio Nesti dari Universitas Ferrara, Italia, dan mempresentasikannya di pertemuan tersebut. Menurut model ini, gravitasi terkandung di dalam sebuah grup Lie besar, dinamai SO(11,3), bersama elektron, quark, neutrino dan para sepupunya, secara kolektif dikenal sebagai fermion. Kendati model ini belum mampu menjelaskan perilaku foton atau partikel-partikel pengangkut gaya lainnya, Percacci percaya ini langkah pertama yang penting.

Jejaring Matematis: Gambaran visual grup Lie E8. Struktur matematika simetris rumit seperti ini dapat membantu para peneliti dalam menjalin fisika partikel dan gaya.
Jejaring Matematis: Gambaran visual grup Lie E8. Struktur matematika simetris rumit seperti ini dapat membantu para peneliti dalam menjalin fisika partikel dan gaya.

Salah satu penggemar karya Percacci adalah A. Garrett Lisi, peneliti independen bergelar Ph.D. fisika dari Universitas California, San Diego. Lisi masuk tajuk utama pada 2007 bersama inisiatif miliknya sendiri yang berusaha menanamkan sebuah “theory of everything” ke dalam grup Lie paling rumit dan anggun, dijuluki E8. Karya Percacci, kata Lisi, “menyediakan unifikasi gravitasi dan Standard Model yang bagus”.

Gagasan Lisi membangkitkan minat matematikawan terhadap pendekatan fisika bersejarah ini, yang melahirkan pertemuan Banff, kata Gregg J. Zuckerman, pakar E8 di Universitas Yale. Inisiatif Lisi, imbuhnya, “melambangkan cita-cita umum tentang kembali ke grup Lie sebagai jalan untuk menyatukan gravitasi dengan Standard Model.”

Yang lain membawa maju cita-cita ini dengan cara berbeda. Alih-alih memikirkan grup Lie sebagai kotak yang dapat menampung gaya dan partikel, matematikawan Tevian Dray dan fisikawan Corinne Manogue dari Oregon State University sedang mengoyak-ngoyaknya dan memeriksa salah satu blok penyusun matematisnya—sistem bilangan delapan-dimensi yang disebut oktonion. (Bilangan riil sehari-hari adalah satu-dimensi, sementara bilangan kompleks, yang memiliki bagian riil maupun imajiner, adalah dua-dimensi.)

Banyak matematikawan menjauhi oktonion karena ia tidak mematuhi semua hukum standar aljabar, tinjau Dray, sehingga urutan operasi matematikanya bisa menghasilkan jawaban berbeda-beda. Dray dan Manogue memanfaatkan keasimetrian tak enak ini untuk mendeskripsikan atribut-atribut bias beberapa partikel. Contoh, oktonion secara alami mereproduksi “kekidalan” neutrino yang membingungkan—yakni, pusingan quantum intrinsik mereka selalu berarah relatif terhadap gerak mereka.

Oktonion juga terasa pas untuk pengerjaan kalkulasi di 10 dimensi, jelas Dray, menjadikannya bermanfaat bagi teoris string, yang mengusulkan bahwa alam semesta kita memuat enam dimensi kompak tambahan. Para teoris string belum mampu menunjuk satu mekanisme unik yang melukiskan bagaimana dimensi-dimensi tambahan ini terlipat, tapi Dray dan Manogue mendapati bahwa pemilihan satu oktonion tertentu dapat mewujudkan ini secara sederhana dan otomatis.

“Kami mulai memperoleh tanda-tanda atribut yang harus dimiliki teori final,” tutur Dray, yang menekankan masih banyak pekerjaan tersisa untuk mendapat model oktonion yang berfungsi penuh. Yang membesarkan harapan adalah, tambahnya, banyak peneliti sedang memperoleh petunjuk menggoda, dengan pendekatan berbeda-beda, bahwa grup Lie adalah jalur yang benar. Petunjuk-petunjuk ini cukup kuat untuk merangsang matematikawan, semisal Jeffrey Adams dari Universitas Maryland, agar meminjamkan keahlian mereka kepada fisikawan yang menguber pendekatan grup Lie. “Saya akan kecewa jika sesuatu semacam ini tak ada yang bekerja,” kata Adams.

Tidak semua orang merasakan optimisme ini. Skip Garibaldi, matematikawan di Universitas Emory, menyebut nostalgia yang terilhami E8 telah tersesat. Bekerjasama dengan fisikawan Jacques Distler dari Universitas Texas di Austin, Garibaldi menunjukkan bahwa teori Lisi memprediksi eksistensi partikel-partikel yang tak dikehendaki, yang interaksinya merupakan citra cerminan fermion standar. Partikel-partikel tersebut semestinya telah mengerahkan efek nyata terhadap partikel-partikel dikenal, dalih Garibaldi. “Tak ada cara mendorong gravitasi ke dalam E8 tanpa memprediksi sesuatu yang nyaris sudah dikesampingkan oleh eksperimen,” katanya.

Lisi, yang memajang versi terbaru teorinya di Internet pada bulan Juni dan mempresentasikannya di acara pertemuan, mengakui bahwa fermion cerminan menjadi sebuah masalah tapi dia menambahkan, teori E8 adalah karya yang sedang berkembang dan bahwa fermion cerminan takkan disoroti seandainya mereka lebih berat dari yang diperkirakan. Bahkan bisa saja mereka muncul di Large Hadron Collider, ujarnya.

Terlalu dini untuk menilai apakah program kembali-ke-dasar akan menuai hasil, komentar Zuckerman. Tapi tak diragukan lagi, dia mewakili banyak orang saat berkata, “Boleh dibilang kepustakaannya sangat menggairahkan.”

Tentang penulis: Zeeya Merali sering menulis tentang fisika dari London.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s