Alam semesta beroperasi berdasarkan prinsip dasar simetri—hukum fisika harus berlaku secara merata di seluruh ruang dan waktu. Meskipun hal ini berlaku untuk sebagian besar fenomena, seperti gravitasi atau elektromagnetisme, aspek-aspek tertentu di alam menunjukkan ketidakseimbangan kecil yang sulit dijelaskan oleh para ilmuwan. Salah satu misterinya terletak pada inti radioaktif. Inti atom ini, dengan distribusi proton dan neutron yang tidak merata, memperkuat kerusakan simetri yang paling samar sekalipun.
Para ilmuwan percaya bahwa mengungkap asimetri ini dapat membawa pada terobosan di luar pemahaman kita tentang fisika saat ini, seperti yang dijelaskan oleh Model Standar. Sebuah tim peneliti dari CERN dan MIT telah mengambil lompatan besar menuju tujuan ini. Untuk pertama kalinya, mereka mengamati bagaimana magnetisme didistribusikan di dalam inti molekul—suatu prestasi yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan karena keterbatasan teknis.
Alpukat Molekul Unik
Kunci dari terobosan ini terletak pada molekul radioaktif spesifik: radium monofluorida (RaF). Senyawa yang tidak biasa ini terdiri dari atom radium yang terikat pada atom fluor. Inti radium, yang dikenal dengan “deformasi gurita”, memiliki bentuk seperti buah pir atau alpukat—karakteristik langka yang hanya ditemukan pada segelintir inti atom di seluruh bagan nuklir. Asimetri ini menjadikan RaF kandidat ideal untuk mendeteksi pelanggaran simetri yang halus.
Namun, mempelajari RaF menghadirkan tantangan yang signifikan. Radium terkenal bersifat radioaktif, membusuk dengan cepat dalam waktu sekitar 15 hari. Ketidakstabilan ini berarti para ilmuwan hanya dapat memproduksi molekul dalam jumlah kecil dan mempelajarinya dalam waktu singkat. Setiap molekul RaF ada hanya sepersekian detik sebelum menghilang.
Mengungkap Magnetisme Nuklir
Untuk mengatasi rintangan ini, para peneliti memanfaatkan fasilitas ISOLDE CERN untuk menghasilkan radium-225 dan menggabungkannya dengan gas fluor. Proses ini menghasilkan aliran molekul RaF yang hampir tidak dapat dideteksi secara terus menerus—hanya sekitar lima puluh molekul per detik yang memenuhi kondisi yang diperlukan untuk pengukuran.
Dengan menggunakan sinar laser yang sangat presisi dan disetel pada frekuensi tertentu, mereka membombardir molekul-molekul yang sekilas ini. Penyerapan atau emisi cahaya oleh molekul menghasilkan spektrum—sidik jari unik yang mengungkapkan informasi tentang distribusi elektron di sekitar inti. Namun dalam kasus ini, pergeseran tak terduga dalam pola spektral mengarah pada sesuatu yang lebih mendalam: pengaruh magnetisme internal inti radium terhadap elektron yang mengorbit.
Fenomena ini, yang dikenal sebagai efek Bohr–Weisskopf, sebelumnya telah diamati pada atom individu, di mana satu elektron berinteraksi dengan satu inti. Mendeteksinya dalam sebuah molekul belum pernah terjadi sebelumnya karena pergerakan elektron yang konstan antara dua inti dalam sebuah molekul, yang dapat mengaburkan sinyal magnetik. Namun dalam RaF, atom fluor yang lebih sederhana memungkinkan para peneliti untuk fokus pada struktur magnetik inti radium yang lebih berat.
Jendela Menuju Fisika Baru?
Pengamatan inovatif ini—pengukuran langsung kemagnetan dalam inti molekul—membuka jalan baru yang menarik untuk penelitian. Tim sekarang berencana untuk menjebak dan memperlambat molekul-molekul ini dengan laser, sehingga memungkinkan pengukuran yang lebih tepat yang dapat mengungkap pelanggaran kecil lebih lanjut pada simetri. Temuan semacam ini dapat mengarah pada partikel atau kekuatan yang tidak diketahui di luar Model Standar, sehingga merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta.
Wilkins menyimpulkan, “Sekarang kita tahu bahwa mereka bisa menjadi alat yang ampuh untuk mencari ilmu fisika baru.”
