Ilmuwan tertarik mencari partikel hipotesis yang dapat bertindak sebagai portal menuju dimensi kelima yang menjadi perantara bagi alam kosmik terang dan gelap. Percaya atau tidak, penelitian ini sungguhan ada, lho.
Berdasarkan penelitian yang terbit bulan lalu di European Physical Journal C, keberadaan partikel spekulatif ini dapat menjelaskan kelimpahan materi gelap di alam semesta, dan menyelesaikan masalah partikel subatom fermion yang sulit.
Studi tersebut menambahkan, misteri-misteri mendasar ini dapat dijelaskan dengan menghadirkan model alam semesta dengan dimensi kelima yang dapat dilalui oleh partikel.
Penelitiannya dilakukan oleh ilmuwan fisika teoretis Javier Castellano dan Matthias Neubert dari Johannes Gutenberg University Mainz di Jerman, dan Adrián Carmona dari Universitas Granada di Spanyol.
“Motivasi awal kami yaitu untuk menjelaskan secara teori kemungkinan asal-usul massa fermion dengan dimensi ekstra yang melengkung,” tim peneliti memberi tahu Motherboard melalui email.
“Massa dari konstituen ini memiliki sejumlah fitur istimewa yang membutuhkan penjelasan.”
Para ilmuwan sejak lama mempertanyakan apakah alam semesta hanya memiliki empat dimensi, seperti ruang 3D dan waktu. Penelitian semacam ini telah menghasilkan persamaan medan 5-dimensi yang mengungkapkan implikasi dimensi tambahan pada alam semesta, dan realitas itu sendiri.
Ketika meneliti persamaan ini dalam kaitannya dengan massa fermion, mereka membuat sketsa keberadaan bidang skalar baru yang terkait dengan partikel spekulatif mirip bidang Higgs yang terkait dengan partikel boson Higgs.
“Bidang skalar baru memiliki perilaku yang menarik dan signifikan di sepanjang dimensi ekstra,” terang peneliti. “Sifat kuantum partikel baru ini sangat mirip dengan boson Higgs, sehingga wajar jika mengasumsikan kedua partikel bercampur satu sama lain, yang berarti fungsi gelombang kuantum-mekanis saling terkait.”
“Kami awalnya ingin mempelajari pencampuran ini,” imbuhnya.
Ketika menyelidiki hipotesis ini, mereka menyadari partikel berat dapat menawarkan “jendela unik” ke dalam materi gelap karena dapat menengahi kekuatan baru yang menghubungkan materi gelap dengan bagian yang terlihat dalam bentuk bintang, planet dan hal-hal lain yang bisa dideteksi.
“Jika memang ada, partikel berat akan menghubungkan materi yang terlihat dengan unsur-unsur materi gelap, dengan asumsi materi gelap tersusun dari fermion mendasar yang berada di dimensi ekstra,” mereka menjelaskan.
Model partikel hipotesis tidak bertentangan dengan bukti pengamatan kelimpahan materi gelap di alam semesta. Menurut peneliti, kesepakatan umum dengan bukti empiris menunjukkan bahwa partikel tersebut bisa menjadi “perantara baru menuju sektor gelap”.
“Dengan demikian, keberadaan partikel skalar baru dapat membuka jalan bagi penemuan materi gelap,” tutur peneliti. “Hal ini akan memberikan informasi berguna mengenai kemungkinan kisaran massa gelap dan interaksinya dengan partikel yang diketahui saat ini.”
Sekarang yang perlu dilakukan peneliti adalah mencari keberadaannya menggunakan petunjuk tersebut. Boson Higgs berhasil ditemukan oleh Large Hadron Collider (LHC) pada 2012 lalu. Setahun kemudian, penemuan ini memenangkan Hadiah Nobel di bidang fisika. Namun, LHC terlalu berat untuk dihasilkan di laboratorium saat ini, sehingga tidak dapat dilengkapi untuk mencari partikel spekulatif tersebut.
Meski partikelnya bisa saja dideteksi untuk generasi baru collider yang diusulkan, seperti International Linear Collider, Compact Linear Collider (CLIC), dan Future Circular Collider, peneliti berujar “prospek penemuan langsung semacam itu tampak menantang karena massanya yang besar, bahkan pada energi tinggi yang dibahas sekali pun (100 TeV).”
Meski begitu, tim peneliti yakin partikel tersebut dapat dideteksi secara tidak langsung, seperti melalui pengamatan gelombang gravitasi yang berupa riak di ruang waktu.
“Kemungkinan lain adalah partikel baru ini berperan penting dalam sejarah kosmologis alam semesta, dan memproduksi gelombang gravitasi yang dapat dicari dengan alat deteksi gelombang gravitasi di masa depan. Namun, kami belum mengeksplorasi kemungkinan-kemungkinan ini,” mereka menambahkan.
Penelitian mendatang tentang materi gelap diharapkan bisa membatasi kemungkinan keberadaan partikel, sehingga peneliti optimis konsep dimensi kelima mereka akan berkembang seiring kemajuan bidang fisika partikel dan kosmologi. Selain untuk menjawab misteri materi gelap, partikel ini dapat memecahkan teka-teki lain dalam dunia sains jika beneran ada, atau bahkan memberikan pandangan ke alam semesta awal.
“Kita bisa saja mempelajari peran potensial partikel skalar baru dalam menstabilkan dimensi ekstra,” mereka menebak-nebak. “Atau bisa juga mengarahkan kita pada sejarah kosmologis yang menarik atau produksi gelombang gravitasi. Penelitian ini sangat menarik dan kami berencana mengikutinya dalam beberapa bulan mendatang.”
