Mekanika Kuantum Dalam Big Bang
Berbicara tentang Teori Big Bang tentu kita tidak akan terlepas dari ranah fisika yang mengatur objek-objek kecil bernama Mekanika Kuantum (QM). Mengapa bisa begitu? Dalam permulaan awal setelah Big Bang atau yang sering dikenal dengan era Planck Epoch (approx. 10^-43 second ‘planck time’ setelah Big Bang) merupakan era dimana Grand Unification terjadi. Grand Unification merupakan waktu dimana ketika gaya di alam semesta masih bersifat Symmetry sehingga semua gaya nampak terunifikasi satu sama lain ketika berada dalam energi tinggi. Empat gaya fundamental yang sering kita dengar (Strong nuclear force, Electromagnetic force, Weak nuclear force, dan Gravity) baru memisahkan diri satu sama lain di akhir era Planck Epoch. Apabila kita melihat grafik dibawah ini (lihat galeri) maka Timeline dari Big Bang dapat dimulai sebagai berikut:
1. Planck Epoch (1032 K/>10^-43 s): Karena sulitnya mengetahui apa yang terjadi di titik poin sebelum Big Bang, maka umumnya material edukasi akan langsung menuliskan era Planck Epoch yang berlangsung (approx. 10^-43 second) setelah Big Bang terjadi. Dalam titik ini suhu alam semesta benar-benar terlalu tinggi sekali sampai-sampai keempat gaya fundamental alam semesta tidak mampu memisahkan diri satu sama lain akibat temperature alam semesta selama periode ini mencapai (approx. >1032 K) yang disebut pula dengan Absolute Hot (1.416785(71)×1032) sebagai lawan dari Absolute Zero (0 K). Dalam kondisi seperti itu partikel akan tidak sangat stabil sehingga hal ini membawa konklusi mengapa partikel tidak eksis dalam periode ini dan interaksi yang terjadi di ujung era Planck di atur oleh Supergravity (supersymmetry + general relativity). Merujuk pada Encyclopedia of Britannica bahwasanya Supergravity merupakan tipe dari teori medan kuantum (QFT) dari partikel subatomik dan interaksinya yang didasarkan pada simetri partikel (supersymmetry) dan termasuk gaya gravitasi bersama dengan interaksi fundamental dari materi (gaya nuklir kuat, gaya elektromagnetik, gaya nuklir lemah). Sampai di titik ini alam semesta mulai memasuki masa transisi menuju era Grand Unification Epoch yang berlangsung kira-kira (approx. 10^-43 – 10^-36 second). Di era Planck Epoch inilah spacetime foam mulai terbentuk bersamaan dengan memisahnya gaya gravitasi dari tiga gaya fundamental yang masih terunifikasi.
2. Grand Unification Epoch (<1032K/10^-43 s): Merupakan era dimana alam semesta masih sangat rapat (dense) dan gravitasi telah memisahkan diri dari tiga gaya fundamental (Strong nuclear force, Electromagnetic force, Weak nuclear force) di akhir masa Planck Epoch. Melalui era ini alam semesta mengalami titik Symmetry Breaking dimana simetri partikel mulai terpecah yang ditandai dengan terpisahnya gaya nuklir kuat (Strong nuclear force) dari gaya elektrolemah (Electroweak force). Memisahnya gaya nuklir kuat menjadi bagian dari empat gaya fundamental alam semesta mengijinkan lahirnya partikel elementer Quark, Lepton, dan keluarga Gauge Boson. Dalam fisika partikel model standar (Standard Model Particle Physics) keluarga Gauge Boson terdiri atas: a. Foton pembawa interaksi elektromagnetik, b. W & Z boson pembawa interaksi gaya nuklir lemah, c. Gluon pembawa interaksi gaya nuklir kuat. Grand Unification Epoch terjadi dalam dua kali masa transisi dimana transisi pertama adalah terpisahnya gravitasi dan terbentuknya gaya elektrokuat (Electrostrong force) sedangkan transisi kedua adalah terpisahnya gaya nuklir kuat dan terbentuknya gaya elektrolemah sebagai penanda akhir dari era Grand Unification Epoch. Partikel-partikel elementer Quark terdiri atas 6 macam Quark (Up, Down, Charm, Strange, Top, Bottom) terbentuk. Quark merupakan partikel penyusun dari keluarga partikel komposit Hadron yakni Baryon dan Meson dimana Proton dan Neutron merupakan anggota keluarga dari partikel Baryon. Quark saling berikatan melalui interaksi gaya nuklir kuat yang dijembatani oleh pertukaran Gluon antar partikel Quark dengan Color Charge. Keilmuan fisika partikel yang mempelajari interaksi antara Quark dan Gluon adalah Quantum Chromodynamics (QCD). Semua partikel mendapatkan massa nya melalui mekanisme Higgs.
3. Electroweak Epoch (1027 K/10^-36 s): Merupakan era saat alam semesta mulai mengalami penuruanan suhu dibarengi dengan perluasan (inflasi) 1078 kali ukuran volume aslinya dan peningkatan entropi. Pada era ini gaya nuklir kuat (Strong nuclear force) telah berpisah dan menyisakan gaya elektrolemah (Electroweak force) yang tidak lama kemudian gaya elektrolemah terpecah menjadi gaya elektromagnetik dan gaya nuklir lemah (Weak nuclear force).
4. Electroweak Symmetry Breaking (1015 K/10^-12 s): Saat alam semesta semakin mendingin menuju dibawah beberapa level energi tinggi, symmetry breaking ketiga akhirnya terjadi. Ini adalah tahap terakhir dari pembentukan 4 gaya fundamental di alam semesta ditandai dengan terjadinya Electroweak Symmetry Breaking pada temperature 159.5±1.5 Gev (Gigaelectronvolt). Gaya elektrolemah akhirnya terpecah menjadi dua gaya yang berbeda di masa ini menjadi gaya elektromagnetik dan gaya nuklir lemah. Melalui mekanisme medan Higgs, boson W dan Z mendapatkan massanya sehingga mulai berinteraksi pada jarak yang sangat dekat. Sedangkan foton sebagai partikel yang massless tetap berinteraksi pada jarak jauh. Boson W (positive & negative charge) merupakan mediator dari peluruhan nuklir (nuclear decay), sedangkan Boson Z (neutral) merupakan mediator transfer momentum, spin, dan energi ketika neutrino mengalami elastic scattering. Gaya nuklir lemah bertanggung jawab dalam peluruhan radioaktif (ex. Beta decay), proses fusi nuklir – Hydrogen converted into Helium – yang terjadi dalam Matahari, dan pada penanggalan radiokarbon. Gaya nuklir kuat mematuhi hukum konservasi muatan listrik, sehingga bila muatan positif diciptakan maka muatan negatifnya juga tercipta dengan jumlah setara. Melalui interaksi lemah sebuah partikel neutron contohnya dapat berubah menjadi proton melalui peluruhan β-decay karena jenis Quark (down) yang berubah ke jenis Quark (up) di mediasi oleh gaya pembawa boson.
Keluarga Partikel Subatomik
Kategori 1 (Elementer)
1. Fermion (terdiri atas Quark dan Lepton)
- Quark: Up, Down, Charm, Strange, Top, Bottom
- Lepton: Elektron, Positron, Muon, Tau, Neutrino
2. Boson (terdiri atas Gauge dan Skalar)
- Gauge: Foton, Gluon, W & Z boson
- Skalar: Higgs Boson
Kategori 2 (Komposit)
1. Hadron (terdiri atas Baryon dan Meson)
- Baryon: Nucleon, Proton, Neutron, Delta baryon, Lambda baryon, Sigma baryon, Xi baryon, Omega baryon
- Meson: Pion, Rho meson, Eta meson, Eta prime, Phi meson, Omega meson, J/ᴪ meson, Upsilon meson, Theta meson, Kaon.
SALURAN WHATSAPP ASTRONOMI
https://whatsapp.com/channel/0029Van1flaElagqNHf42H2A
