Penyelidik yang berusaha membongkar misteri neutrinos telah mengumumkan dapatan saintifik pertama dari kemudahan bawah tanah baru di China – ukuran paling tepat setakat ini bagi aspek-aspek tertentu zarah subatom yang sukar dikesan ini.
Data berasal dari kemudahan Juno – singkatan bagi Balai Cerap Neutrino Bawah Tanah Jiangmen – menggunakan pengesan zarah yang dibina di bawah kira-kira 650 meter batu di bawah bukit berhampiran bandar Kaiping di wilayah Guangdong, selatan China.
Para saintis memperincikan dapatan mereka dalam kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature, berdasarkan data yang dikumpul dalam tempoh operasi awal selepas pengesan siap tahun lalu – kira-kira 59 hari pertama, dari 26 Ogos hingga 2 November.
“Ini penting bukan sahaja kerana nombor itu sendiri berguna untuk fizik neutrino, tetapi juga kerana ia menunjukkan prestasi Juno sebagai pengesan berskala besar baharu,” kata Yifang Wang, ahli fizik di Institut Fizik Tenaga Tinggi Akademi Sains China di Beijing dan jurucakap Kolaborasi Juno.
“Kertas kerja ini menunjukkan bahawa eksperimen telah bermula dari asas yang kukuh,” kata Wang.
Bersama DUNE – singkatan bagi Eksperimen Neutrino Bawah Tanah Dalam – di Amerika Syarikat dan eksperimen Hyper-Kamiokande di Jepun, Juno adalah salah satu daripada tiga projek utama yang dijangka membentuk fizik neutrino dalam beberapa dekad akan datang.
“Neutrino adalah zarah asas dan sangat banyak di alam semesta, tetapi ia masih antara yang paling kurang difahami,” kata Wang.
Neutrino boleh menembusi apa sahaja, jarang berinteraksi dengan jirim. Malah, trilion daripadanya melalui badan kita setiap saat tanpa kita sedari.
Terbentuk di tempat seperti teras matahari dan bintang meletup yang dipanggil supernova, neutrino datang dalam tiga jenis, atau “rasa,” dan boleh berubah dari satu ke yang lain, dipanggil ayunan, semasa ia bergerak. Perbezaan jisim, dikenali sebagai susunan jisim, antara jenis neutrino masih menjadi persoalan utama yang belum terjawab.
“Matlamat utama Juno adalah untuk menentukan susunan jisim neutrino, iaitu susunan keadaan jisim neutrino. Kami tahu bahawa neutrino mempunyai jisim, tetapi kami masih tidak tahu keadaan jisim mana yang paling ringan dan mana yang paling berat,” kata Wang.
“Hasil pertama ini belum lagi penentuan susunan jisim. Nilainya ialah ia mengesahkan pengesan dan analisis dengan data sebenar,” kata Wang.
Juno mengukur dua daripada enam parameter ayunan neutrino asas dengan ketepatan terbaik setakat ini, kata Wang, kira-kira 1.6 kali lebih baik daripada sebelumnya.
Setiap jenis zarah jirim biasa mempunyai antizarah yang sepadan dengan jisim yang sama tetapi cas elektrik bertentangan – positif, negatif atau neutral, seperti halnya dengan neutrino. Oleh itu, setiap neutrino mempunyai antineutrino yang sepadan.
Pendekatan utama eksperimen Juno dalam mengukur ayunan neutrino adalah melalui pemerhatian antineutrino yang terpancar dari loji kuasa nuklear Yangjiang dan Taishan, kira-kira 52.5 km dari pengesan. Dua parameter tersebut melibatkan tingkah laku antineutrino.
Pengesan Juno adalah tangki sfera besar yang diisi dengan 20,000 tan cecair organik yang memancarkan cahaya dalam persekitaran gelap apabila zarah termasuk antineutrino melaluinya.
Neutrino adalah zarah asas, bermakna ia tidak dibina daripada apa-apa yang lebih kecil, menjadikannya salah satu blok binaan asas alam semesta. Kerana neutrino neutral elektrik, ia tidak terganggu oleh medan magnet yang paling kuat sekalipun. Semasa neutrino bergerak melalui angkasa, ia melalui jirim tanpa halangan – bintang, planet dan apa sahaja.
Para saintis boleh mengesannya kembali ke sumbernya, dan dengan itu mempelajari tentang beberapa proses paling bertenaga di kosmos. Ia mungkin kunci untuk memahami asal usul jirim dan kelazimannya di kosmos berbanding antijirim, sifat jirim gelap dan tenaga gelap serta cara kerja dalaman supernova.
Wang berkata Juno akan mengkaji neutrino dari matahari, Bumi, atmosfera dan kemungkinan supernova masa depan.
“Sejumlah besar neutrino melalui Bumi setiap saat, tetapi hanya sebahagian kecil berinteraksi. Itulah sebabnya eksperimen seperti Juno memerlukan pengesan yang sangat besar, tapak bawah tanah yang dalam, perisai yang teliti dan operasi stabil jangka panjang,” kata Wang.
Juno, yang menelan kos lebih AS$300 juta (RM1.2 bilion), mewakili kerjasama saintifik antarabangsa. Wang berkata Juno, DUNE dan Hyper-Kamiokande adalah usaha saling melengkapi.
“Mereka menggunakan teknologi dan sumber neutrino yang berbeza, jadi masing-masing membawa perspektif berbeza kepada beberapa soalan paling penting dalam fizik neutrino. Bersama-sama, mereka akan memberikan pemahaman yang lebih luas dan lebih mantap tentang sifat neutrino,” kata Wang.
