Deteksi Neutrino: Perjalanan dari Partikel Hantu hingga JUNO 2026

Telset.id – Misteri partikel neutrino yang mustahil dideteksi akhirnya terjawab melalui serangkaian eksperimen raksasa, dengan hasil paling mutakhir datang dari observatorium China, Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) yang mulai beroperasi pada 2025. Data awal yang dipublikasikan pada Juni 2026 memberikan pengukuran paling presisi untuk fenomena osilasi neutrino yang pernah tercatat. Temuan ini menjadi tonggak penting dalam memahami partikel yang hampir tidak memiliki massa dan muatan, sehingga mampu menembus bumi dan tubuh manusia tanpa hambatan berarti.

Perjalanan panjang ini berawal dari kebingungan para fisikawan lebih dari seperempat abad sebelumnya. Mereka dibuat bingung oleh energi yang tampak hilang selama proses radioaktif yang disebut peluruhan beta. Sesuatu tampak hilang, dan tidak ada fisika yang dikenal mampu menjelaskannya. Pada 1930, fisikawan Austria Wolfgang Pauli mengusulkan solusi radikal: sebuah partikel yang hampir tidak terdeteksi diam-diam membawa energi yang hilang tersebut. “Aku telah melakukan hal yang mengerikan,” kata Pauli kepada seorang teman. “Aku telah mendalilkan sebuah partikel yang tidak dapat dideteksi.” Partikel itu kemudian dikenal sebagai neutrino.

Dua dekade kemudian, pada awal 1956, fisikawan Clyde Cowan dan Frederick Reines dari Los Alamos National Laboratory berhasil membuktikan keberadaan partikel tersebut. Pada Juni tahun yang sama, mereka mengirim telegram kepada Pauli: “Kami dengan senang hati menginformasikan bahwa kami telah benar-benar mendeteksi neutrino.” Keberhasilan ini mengalihkan perhatian para ilmuwan pada pertanyaan yang lebih luas. Jika reaksi nuklir menghasilkan neutrino, mungkinkah partikel ini digunakan untuk mengamati ledakan nuklir di dalam bintang, termasuk matahari?

Tantangan yang dihadapi sangat besar. Bagaimana mungkin menangkap partikel yang melesat dari bintang-bintang jauh jika partikel tersebut bisa melewati hampir semua hal tanpa terdeteksi? Kecurigaan para ilmuwan adalah bahwa mendeteksi partikel yang jarang bertabrakan dengan materi membutuhkan materi dalam jumlah sangat besar untuk ditabrak. Selain itu, materi tersebut harus dilindungi dari kebisingan radiasi lain. Jawaban yang ditemukan para ilmuwan adalah membangun perangkap eksperimental terbesar, terdalam, dan paling eksotis dalam sejarah sains, lalu menunggu.

Pada 1960-an, Raymond Davis Jr. dan rekan-rekannya di Brookhaven National Laboratory menempatkan tangki 1,5 kilometer di bawah tanah di tambang Homestake, South Dakota, dan mengisinya dengan hampir 400.000 liter cairan pembersih berbasis klorin yang disebut perchloroethylene. Pada kesempatan langka ketika neutrino yang lewat menabrak inti klorin, ia akan berubah menjadi bentuk radioaktif argon yang dapat dideteksi dan dihitung. Eksperimen yang berjalan selama 25 tahun ini hanya menemukan sepertiga jumlah neutrino yang datang dari matahari dibandingkan prediksi model teoretis. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai masalah neutrino matahari.

Butuh beberapa dekade sebelum masalah itu terpecahkan, dan solusinya datang dari eksperimen yang lebih masif lagi. Di kedalaman tambang Kamioka, Jepang, Masatoshi Koshiba membangun detektor berbeda bernama Kamiokande yang menggunakan 3 juta liter air ultra murni. Dalam pengaturan ini, neutrino kadang-kadang berinteraksi dengan inti atom di dalam air. Interaksi tersebut menciptakan elektron yang bergerak sangat cepat sehingga menghasilkan kilatan cahaya yang disebut cahaya Cherenkov. Cahaya ini kemudian ditangkap oleh detektor.

Kamiokande dan Koshiba mengonfirmasi kekurangan yang ditemukan Davis. Detektor kedua yang lebih besar, Super-Kamiokande, serta Sudbury Neutrino Observatory di Kanada, akhirnya menjelaskan perbedaan tersebut. Neutrino hadir dalam tiga “rasa” berbeda (elektron, muon, dan tau) dan dapat berosilasi, atau berpindah di antara ketiganya. Untuk dapat berosilasi, neutrino harus memiliki massa, sesuatu yang gagal diprediksi oleh hukum fisika hingga saat ini.

Detektor neutrino generasi baru melanjutkan tradisi ambisi besar dan hasil mengejutkan. IceCube Neutrino Observatory di bawah Stasiun Kutub Selatan Amundsen-Scott menggunakan es Antartika sebagai pengganti air. Observatorium ini telah mengembangkan peta Bima Sakti yang hanya terdiri dari neutrino dan menelusuri partikel kosmik berenergi tinggi kembali ke galaksi aktif yang ditenagai oleh lubang hitam supermasif.

Di dasar Laut Mediterania, Cubic Kilometer Neutrino Telescope (KM3NET) telah mendeteksi neutrino kosmik berenergi tertinggi yang pernah tercatat. Namun, sumber neutrino tersebut masih belum diketahui. Osilasi neutrino dan berbagai misteri yang ditimbulkannya telah mendorong pengembangan gelombang detektor terbaru.

JUNO yang diluncurkan pada 2025 menjadi bukti nyata kemajuan ini. Data awal yang dipublikasikan pada Juni 2026 memberikan pengukuran osilasi neutrino paling presisi yang pernah dilaporkan. Sementara itu, Hyper-Kamiokande (Hyper-K) di Jepang dan Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) di Amerika Serikat bagian Midwest diperkirakan akan mulai beroperasi pada akhir dekade ini.

Berkat eksperimen-eksperimen berani ini, partikel yang diyakini Pauli tidak akan pernah bisa ditangkap perlahan-lahan mengungkap rahasianya. Resep untuk penemuan tidak berubah dalam tujuh dekade: berpikir besar, masuk ke kedalaman, dan bersabar.