ILMUWAN China berhasil mengamati langsung efek Migdal, fenomena kuantum yang diteorikan sejak 87 tahun lalu, dan berpotensi membuka jalan baru dalam mendeteksi materi gelap (dark matter).
Efek ini seperti diterbitkan oleh jurnal ilmiah Nature seperti dilansir the South China Morning Post dan Kompas.com (17/18) diajukan oleh fisikawan Soviet Arkady Migdal di Leningrad pada 1939.
Teorinya, saat partikel netral seperti materi gelap bertabrakan dengan inti atom, inti atom akan terpental dan memicu pelepasan elektron sekunder. Sinyal proses ini diyakini dapat dideteksi, namun, selama lebih dari 80 tahun, teori tersebut hanya sebatas hipotesis.
Baru-baru ini, tim peneliti dipimpin ilmuwan dari Universitas Akademi Ilmu Pengetahuan China (UCAS) berhasil membuktikan efek Migdal melalui eksperimen laboratorium.
“Materi gelap, komponen alam semesta yang tak terlihat, tetapi berinteraksi secara gravitasi, tetap menjadi salah satu misteri yang paling mendalam dan belum terpecahkan dalam fisika modern,” tulis tim dalam makalah yang diterbitkan jurnal ilmiah Nature.
Diskusi tentang potensi efek Migdal dalam deteksi materi gelap sebenarnya sudah mencuat sejak pertengahan 2000-an. Namun, hingga kini belum ada bukti eksperimental yang benar-benar mengonfirmasi fenomena tersebut.
“Selama lebih dari 80 tahun, efek Migdal dalam tumbukan partikel netral belum pernah dikonfirmasi secara langsung oleh eksperimen,” kata Zheng Yangheng, profesor UCAS yang juga penulis utama studi, seperti dikutip Science and Technology Daily, media Pemerintah China.
Pertanyaan terkait efek Migdal
Menurut Zheng, ketiadaan bukti eksperimental selama ini memunculkan pertanyaan tentang validitas asumsi teoretis dalam eksperimen-eksperimen yang bergantung pada efek Migdal.
“Dalam studi ini, kami menyajikan bukti langsung efek Migdal dalam hamburan neutron-inti – fenomena yang diprediksi lebih dari 80 tahun lalu, tetapi baru dikonfirmasi sekarang dengan signifikansi statistik melebihi lima sigma,” tulis tim peneliti.
Dalam dunia fisika, lima sigma adalah ambang batas statistik tinggi yang menunjukkan bahwa hasil yang diperoleh sangat kecil kemungkinannya merupakan kesalahan atau kebetulan.
“Dengan memvalidasi efek Migdal, kami mengatasi kesenjangan yang telah lama ada dalam pemahaman ilmiah tentang interaksi fundamental, dan menawarkan pendekatan potensial untuk deteksi materi gelap ringan,” lanjut mereka.
Untuk mendeteksi efek ini, tim mengembangkan detektor piksel gas berpresisi tinggi guna menangkap pencitraan pantulan nuklir dan jejak elektron yang dihasilkan oleh efek Migdal, dengan menggunakan campuran 40 persen helium dan 60 persen dimetil eter sebagai media.
Mereka kemudian membombardir campuran gas tersebut dengan neutron dari generator khusus guna memicu efek Migdal.
Jejak yang dihasilkan ditangkap oleh chip piksel sensitif muatan. “Pengamatan simultan terhadap inti yang terpental dan elektron Migdal diperlukan untuk mengkonfirmasi efek tersebut,” tulis tim.
Selama sekitar 150 jam pengumpulan data, peneliti mencatat lebih 100 peristiwa. Setelah melalui proses seleksi ketat, berhasil diindentifikasi enam peristiwa kandidat yang sesuai dengan kriteria eksperimen.
“Hasil ini menetapkan tolok ukur penting untuk fisika nuklir dan partikel, memberikan dasar eksperimental untuk investigasi teoretis dan eksperimental di masa mendatang,” lanjut mereka.
Selain peneliti dari UCAS, tim ini juga melibatkan ilmuwan dari Central China Normal University, Guangxi University, Lanzhou University, Nanjing Normal University, dan Yantai University. Ke depan, mereka berharap temuan ini dapat dimanfaatkan untuk mengembangkan strategi deteksi materi gelap yang lebih canggih.
Materi gelap
Materi gelap diperkirakan membentuk sekitar 27 persen dari total massa dan energi di alam semesta. Sebagai perbandingan, materi yang bisa diamati—seperti bintang, planet, dan galaksi—hanya mencakup sekitar lima persen.
Sisa 68 persen lainnya adalah energi gelap, menurut data dari Organisasi Eropa untuk Penelitian Nuklir (CERN).
Tidak seperti materi biasa, materi gelap tidak memancarkan, menyerap, maupun memantulkan cahaya.
Keberadaannya hanya dapat diketahui melalui efek gravitasi yang ditimbulkan, misalnya dalam menjaga struktur galaksi tetap utuh. Oleh karena itu, materi gelap sering dijuluki “perekat kosmik”.
Meski diyakini memainkan peran penting dalam dinamika alam semesta, partikel penyusun materi gelap belum pernah terdeteksi secara langsung hingga kini.
Upaya sebelumnya lebih banyak berfokus pada pencarian partikel bermassa besar.
Namun, karena hasilnya belum memuaskan, pencarian kini mulai bergeser ke partikel bermassa ringan yang meninggalkan jejak lebih halus dan sulit dideteksi.
Efek Migdal dianggap sebagai kunci penting. Dengan mampu memperkuat sinyal lemah dari tumbukan partikel ringan, validasi efek ini bisa menjadi terobosan menuju deteksi langsung materi gelap. (Jurnal Nature/SCMP/Kompas.com/ns)
