Ilmuwan di China – mencetak pencapaian penting dalam fisika modern. Untuk pertama kalinya, mereka berhasil mengamati langsung efek Migdal, sebuah fenomena kuantum yang para fisikawan teorikan sejak hampir satu abad lalu. Temuan ini membuka peluang baru dalam upaya mendeteksi materi gelap, komponen misterius yang menyusun sebagian besar alam semesta.
Efek Migdal berawal dari gagasan fisikawan Soviet Arkady Migdal pada tahun 1939. Ia menjelaskan bahwa tumbukan partikel netral dengan inti atom dapat memicu pelepasan elektron sekunder. Elektron tersebut berpotensi menghasilkan sinyal terukur. Selama puluhan tahun, komunitas ilmiah hanya mengandalkan perhitungan teoretis karena keterbatasan teknologi eksperimen.
Kini, tim peneliti dari China berhasil membawa teori tersebut ke ranah pengamatan langsung.
Ilustrasi proses terbentuknya black hole atau lubang hitam.(iStockphoto/Elen11)
Bukti Eksperimental Mengakhiri Penantian Puluhan Tahun
Tim peneliti yang dipimpin ilmuwan dari University of Chinese Academy of Sciences merancang eksperimen khusus untuk membuktikan efek Migdal. Mereka melaporkan hasil penelitian tersebut dalam jurnal ilmiah Nature.
Para peneliti menegaskan bahwa selama lebih dari 80 tahun, fisika modern belum pernah memperoleh bukti langsung efek Migdal dalam tumbukan partikel netral. Kekosongan bukti ini memicu pertanyaan tentang validitas sejumlah asumsi teoretis dalam eksperimen pencarian materi gelap.
Melalui pendekatan eksperimental yang presisi, tim peneliti berhasil mengamati efek Migdal dalam proses hamburan neutron dengan inti atom. Hasil pengamatan tersebut mencapai tingkat signifikansi statistik lebih dari lima sigma. Dalam fisika partikel, ambang ini menandakan hasil yang sangat kuat dan hampir mustahil terjadi secara kebetulan.
Desain Detektor dan Proses Eksperimen
Untuk mencapai pengamatan tersebut, para ilmuwan mengembangkan detektor piksel gas berpresisi tinggi. Mereka merancang alat ini agar mampu menangkap dua sinyal utama secara bersamaan. Sinyal pertama berasal dari inti atom yang terpental. Sinyal kedua muncul dari elektron yang terlepas akibat efek Migdal.
Tim peneliti menggunakan campuran gas yang terdiri dari 40 persen helium dan 60 persen dimetil eter sebagai medium deteksi. Selanjutnya, mereka mengarahkan neutron dari generator khusus ke dalam ruang detektor. Neutron tersebut menumbuk inti atom dalam gas dan memicu kondisi yang sesuai untuk munculnya efek Migdal.
Chip piksel sensitif muatan kemudian merekam lintasan partikel secara detail. Para peneliti menekankan bahwa pengamatan simultan terhadap inti dan elektron menjadi syarat utama untuk memastikan keberadaan efek Migdal.
Selama sekitar 150 jam pengumpulan data, tim mencatat lebih dari seratus peristiwa potensial. Setelah melalui proses seleksi ketat, mereka mengidentifikasi sejumlah peristiwa yang memenuhi seluruh kriteria eksperimen.
Implikasi bagi Penelitian Materi Gelap
Keberhasilan ini memberikan kontribusi besar bagi fisika nuklir dan fisika partikel. Dengan memvalidasi efek Migdal, para ilmuwan menutup kesenjangan panjang antara teori dan eksperimen. Mereka juga membuka pendekatan baru dalam pencarian materi gelap bermassa ringan.
Sebelumnya, banyak eksperimen berfokus pada pencarian partikel bermassa besar. Pendekatan tersebut belum memberikan hasil yang memuaskan. Oleh karena itu, komunitas ilmiah mulai mengalihkan perhatian ke partikel bermassa ringan yang menghasilkan sinyal sangat lemah.
Efek Migdal menawarkan solusi potensial. Fenomena ini memperkuat sinyal tumbukan melalui pelepasan elektron sekunder yang lebih mudah dideteksi. Dengan strategi ini, eksperimen masa depan dapat meningkatkan sensitivitas pencarian materi gelap.
Materi Gelap dan Struktur Alam Semesta
Materi gelap menyusun sekitar 27 persen dari total massa dan energi alam semesta. Sebaliknya, materi biasa yang dapat diamati hanya mencakup sekitar 5 persen. Energi gelap mengisi sebagian besar sisanya.
Materi gelap tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya. Para ilmuwan hanya dapat mengenali keberadaannya melalui pengaruh gravitasi. Gravitasi tersebut menjaga struktur galaksi tetap stabil dan mencegahnya terurai.
Tanpa materi gelap, galaksi tidak akan memiliki massa yang cukup untuk mempertahankan bentuknya. Oleh karena itu, banyak ilmuwan menyebut materi gelap sebagai perekat kosmik yang menyatukan struktur alam semesta.
Arah Penelitian Selanjutnya
Temuan ini memberikan dorongan kuat bagi penelitian lanjutan. Para peneliti berharap komunitas ilmiah dapat memanfaatkan efek Migdal untuk merancang detektor yang lebih sensitif. Dengan teknologi yang terus berkembang, strategi ini berpotensi membawa fisika lebih dekat pada deteksi langsung materi gelap.
Secara keseluruhan, keberhasilan ilmuwan China mengamati efek Migdal menandai tonggak penting dalam fisika modern. Penelitian ini tidak hanya menguatkan teori lama, tetapi juga membuka jalur baru untuk memahami komponen tersembunyi alam semesta.
